叶轮精确去重计算方法研究

刘金慧

摘 要：文章针对叶轮动平衡去重计算时存在的问题，分析了去重截面的几何关系，建立了全参数化的精确去重模型，提高了叶轮动平衡去重时的精确性和加工效率。

关键词：动平衡；精确去重；参数化；宏程序

1 概述

叶轮动平衡去重时通常采用的计算方法有体积估算法和称重法。采用体积估算法时，顾名思义，因计算情况复杂，通常采用简化计算的方法，并且去重部分质心半径难以准确计算，所以去重量计算结果误差较大。称重法虽然能对去除材料的質量准确控制，但是操作过程繁琐，也不适合在加工中心上进行，并且同样存在质心半径难以准确计算的问题。

由于难以精确去重，造成叶轮动平衡去重工序经常遇到以下一些问题。（1）去重量采用简化计算方法，结果不精确，为避免去重量过多，通常需要多次反复平衡并返回机加单位去重，耗费工时过多。（2）去重时采用手工去重或采用简化算法的数控程序实现，效率低，可重用性差，出错风险高。（3）多次转工和加工，也增加了零件发生磕打碰伤的风险。

2 研究内容

文章以某型号发动机的压气机离心叶轮动平衡和去重过程为研究对象，重点研究其去重量计算和数控程序编制时的精确计算。建立动平衡去重量的全参数化精确计算模型，使去重模型的参数与数控程序的变量全相关，实现叶轮的精确去重，提高加工效率，降低加工风险。（图1）

图1 叶轮去重部位示意图

3 几何关系计算

3.1 小端内孔去重处的几何关系模型

几何关系求解：

图2 前轴颈去重部位几何模型示意图

设去重平面内的极限半径为R1，去重处沿圆周的角度范围为R2，刀具半径为R3，零件去重带的内孔半径为R20，图示三角形中，三边分别为：R3，R20，R7=R1-R3，可求得角度b=arccos[（R20^2+R7^2-R3^2）/（2*R20*R7）]，又有角度a=R2/2可求得去重起始点的角度c=a-b，根据该角度以及R7，就可以利用三角函数关系求得该点的x，y坐标。在实际应用中，应满足角c=角a-角b>0，否则将引起数控程序错误。（图2）

3.2 大端面去重处的几何关系模型

几何关系求解：

图3 大端面去重部位几何模型示意图

设去重平面内的干涉检查极限半径为R1，去重处沿圆周的角度范围为R2，刀具半径为R3，进退刀的引入引出长度为R20，则：R7=R1+R3，根据三角函数关系，可求得角度b=arcsin（R3/R7），又有角度a=R2/2，可求得去重起始点的角度c=a-b，根据该角度以及R7，就可以利用三角函数关系求得该点的x，y坐标。在实际应用中，应满足角c=角a-角b>0，否则将引起数控程序错误。（图3）

4 在UG中建立精确去重计算模型

在UG软件中，首先建立零件回转体模型，然后绘制去材料区域的草图轮廓，用定义好的变量对几何尺寸约束进行参数化定义。使用拉伸功能建模并进行布尔运算求交，获得最终去除材料处的精确模型。（图4、图5）

图4 小端内孔处去重精确模型

图5 大端面处去重精确模型

5 叶轮动平衡去重量的精确计算方法

在动平衡机上得到不平衡量后，在UG软件中打开建立好的精确参数化数模，选择编辑菜单下的-特征-实体密度，检查材料密度是否正确设置。在分析菜单下，选择测量实体功能，就可以得出当前去除材料模型的质量和质心半径。二者相乘就可得出当前去除材料模型的惯量。通过与动平衡机上得到的结果对比，然后根据差异修正数模的各个相关参数，然后再次分析和对比。反复这个过程，直到结果与不平衡量一致，此时的各个参数就可以用于实际去重的宏程序参数。

6 结束语

经过实际加工应用，证明了该叶轮精确去重计算方法的正确性，应用该方法进行去重量计算不但精确度高，易于掌握、简单快捷，重要的是极大地提高加工效率、降低加工风险。