劉金慧

摘 要：文章針對(duì)葉輪動(dòng)平衡去重計(jì)算時(shí)存在的問(wèn)題，分析了去重截面的幾何關(guān)系，建立了全參數(shù)化的精確去重模型，提高了葉輪動(dòng)平衡去重時(shí)的精確性和加工效率。

關(guān)鍵詞：動(dòng)平衡；精確去重；參數(shù)化；宏程序

1 概述

葉輪動(dòng)平衡去重時(shí)通常采用的計(jì)算方法有體積估算法和稱(chēng)重法。采用體積估算法時(shí)，顧名思義，因計(jì)算情況復(fù)雜，通常采用簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，并且去重部分質(zhì)心半徑難以準(zhǔn)確計(jì)算，所以去重量計(jì)算結(jié)果誤差較大。稱(chēng)重法雖然能對(duì)去除材料的質(zhì)量準(zhǔn)確控制，但是操作過(guò)程繁瑣，也不適合在加工中心上進(jìn)行，并且同樣存在質(zhì)心半徑難以準(zhǔn)確計(jì)算的問(wèn)題。

由于難以精確去重，造成葉輪動(dòng)平衡去重工序經(jīng)常遇到以下一些問(wèn)題。（1）去重量采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法，結(jié)果不精確，為避免去重量過(guò)多，通常需要多次反復(fù)平衡并返回機(jī)加單位去重，耗費(fèi)工時(shí)過(guò)多。（2）去重時(shí)采用手工去重或采用簡(jiǎn)化算法的數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)，效率低，可重用性差，出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)高。（3）多次轉(zhuǎn)工和加工，也增加了零件發(fā)生磕打碰傷的風(fēng)險(xiǎn)。

2 研究?jī)?nèi)容

文章以某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)離心葉輪動(dòng)平衡和去重過(guò)程為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究其去重量計(jì)算和數(shù)控程序編制時(shí)的精確計(jì)算。建立動(dòng)平衡去重量的全參數(shù)化精確計(jì)算模型，使去重模型的參數(shù)與數(shù)控程序的變量全相關(guān)，實(shí)現(xiàn)葉輪的精確去重，提高加工效率，降低加工風(fēng)險(xiǎn)。（圖1）

圖1 葉輪去重部位示意圖

3 幾何關(guān)系計(jì)算

3.1 小端內(nèi)孔去重處的幾何關(guān)系模型

幾何關(guān)系求解：

圖2 前軸頸去重部位幾何模型示意圖

設(shè)去重平面內(nèi)的極限半徑為R1，去重處沿圓周的角度范圍為R2，刀具半徑為R3，零件去重帶的內(nèi)孔半徑為R20，圖示三角形中，三邊分別為：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可求得去重起始點(diǎn)的角度c=a-b，根據(jù)該角度以及R7，就可以利用三角函數(shù)關(guān)系求得該點(diǎn)的x，y坐標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)滿(mǎn)足角c=角a-角b>0，否則將引起數(shù)控程序錯(cuò)誤。（圖2）

3.2 大端面去重處的幾何關(guān)系模型

幾何關(guān)系求解：

圖3 大端面去重部位幾何模型示意圖

設(shè)去重平面內(nèi)的干涉檢查極限半徑為R1，去重處沿圓周的角度范圍為R2，刀具半徑為R3，進(jìn)退刀的引入引出長(zhǎng)度為R20，則：R7=R1+R3，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，可求得角度b=arcsin（R3/R7），又有角度a=R2/2，可求得去重起始點(diǎn)的角度c=a-b，根據(jù)該角度以及R7，就可以利用三角函數(shù)關(guān)系求得該點(diǎn)的x，y坐標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)滿(mǎn)足角c=角a-角b>0，否則將引起數(shù)控程序錯(cuò)誤。（圖3）

4 在UG中建立精確去重計(jì)算模型

在UG軟件中，首先建立零件回轉(zhuǎn)體模型，然后繪制去材料區(qū)域的草圖輪廓，用定義好的變量對(duì)幾何尺寸約束進(jìn)行參數(shù)化定義。使用拉伸功能建模并進(jìn)行布爾運(yùn)算求交，獲得最終去除材料處的精確模型。（圖4、圖5）

圖4 小端內(nèi)孔處去重精確模型

圖5 大端面處去重精確模型

5 葉輪動(dòng)平衡去重量的精確計(jì)算方法

在動(dòng)平衡機(jī)上得到不平衡量后，在UG軟件中打開(kāi)建立好的精確參數(shù)化數(shù)模，選擇編輯菜單下的-特征-實(shí)體密度，檢查材料密度是否正確設(shè)置。在分析菜單下，選擇測(cè)量實(shí)體功能，就可以得出當(dāng)前去除材料模型的質(zhì)量和質(zhì)心半徑。二者相乘就可得出當(dāng)前去除材料模型的慣量。通過(guò)與動(dòng)平衡機(jī)上得到的結(jié)果對(duì)比，然后根據(jù)差異修正數(shù)模的各個(gè)相關(guān)參數(shù)，然后再次分析和對(duì)比。反復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到結(jié)果與不平衡量一致，此時(shí)的各個(gè)參數(shù)就可以用于實(shí)際去重的宏程序參數(shù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)際加工應(yīng)用，證明了該葉輪精確去重計(jì)算方法的正確性，應(yīng)用該方法進(jìn)行去重量計(jì)算不但精確度高，易于掌握、簡(jiǎn)單快捷，重要的是極大地提高加工效率、降低加工風(fēng)險(xiǎn)。