基于CAXA的葉片三維建模技術(shù)的研究

徐新健，鈕平章

（山東凱文科技職業(yè)學(xué)院 機械學(xué)院，濟南 250200）

0 引言

葉片是風(fēng)力機、水輪機、推進器等裝置的關(guān)鍵部件，構(gòu)型復(fù)雜，加工難度大，傳統(tǒng)方法不可能完成零件的設(shè)計制造。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，精確設(shè)計制造葉片等曲面零件成為現(xiàn)實。

1 風(fēng)力機葉片參數(shù)選擇與計算

如表1所示。

表1 風(fēng)力機葉片參數(shù)選擇

Profi li翼型設(shè)計軟件是專業(yè)翼型設(shè)計分析軟件，有豐富的翼型數(shù)據(jù)庫，windows界面易學(xué)易用。本文以該軟件為基礎(chǔ)進行翼型的選擇和NACA4412翼型DAT文件數(shù)據(jù)的輸出。NACA4412翼型最大厚度為12.02%，位置在30.0%的翼弦；最大曲面4.00%，在40.0%的翼弦。

表2 葉片設(shè)計參數(shù)

2 設(shè)計思路

葉片設(shè)計主要集中在0.2R-R部分，小于0.2R部分主要考慮輪轂配合及強度需要。現(xiàn)計算各葉素的弦長和安裝角。

從半徑0.2R（0.24m）到R（1.2m）處分成8段，每段0.12m。

葉片設(shè)計參數(shù)如表2所示。

3 葉片各個截面空間坐標的變換原理

1）建立翼型的原始二維圖像，原始二維圖像的坐標以前緣為原點、弦線方向為X軸，然后把這些翼型數(shù)據(jù)進行平移變換，保持弦線方向為X軸，原點移到氣動中心。

變換公式：(X1,Y1)=(X0,Y0)-(Xq,Yq)

式中：(Xq,Yq)為氣動中心坐標。

2）原始數(shù)據(jù)平移變換后，由于點的坐標是以弦長為單位值時的坐標，所以還需要乘以弦長，把(X1,Y1)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)弦長處各離散點坐標(X2,Y2)，設(shè)C為弦長。

變換公式：(X2,Y2)=C×(X1,Y1)

3）點(X2,Y2)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換得到葉片空間實際坐標(X,Y,Z)下的一系列離散點。變換公式：X=X1×COSθ-Y1×SINθ

Y=X1×SINθ+Y1×COSθ

4 利用EXCEL計算葉片翼型空間坐標

1）輸入X0、Y0坐標

打開NACA4412.dat文件，然后輸入EXCEL中的E列、F列。如圖1所示。

2）輸入弦長、安裝角、氣動中心點坐標

弦長、安裝角要分別輸入A列B列，首先計算弦長為0.189m、安裝角為0.326時第一個截面的各點坐標。第二次輸入弦長為0.154m、安裝角為0.229時第二個截面的各點坐標，最后一次輸入弦長為0.056m、安裝角為0.005時第8個截面的各點坐標。氣動中心X點坐標輸入C列、Y坐標輸入D列。 編輯公式C1=0.3×A1，D=0輸入。

圖1 NACA4412文件數(shù)據(jù)輸入EXCEL

在G列中編輯公式G1=E1-C1代表X1；

在H列中編輯公式H1=F1-D1代表Y1；

在J列中編輯公式

J1=G1×COS(B1)-H1×SIN(B1)代表 X；

在K列中編輯公式

K1=G1×SIN(B1) +H1×COS(B1) 代表 Y。

利用EXCEL的智能拖動功能計算第一個截面的其他點的坐標。

由于所求的X、Y數(shù)據(jù)單位是米，需要乘以1000轉(zhuǎn)換成mm。計算過程如圖2所示。

將里面的數(shù)據(jù)保存成TXT文件，文件名命名為1.txt。同樣的道理，輸出其余截面的數(shù)據(jù)，建立起 2.txt，3.txt，…，8.txt。

圖2 第一個截面的（X Y Z）坐標計算過程

5 CAXA實體設(shè)計建模

打開CAXA實體設(shè)計2011，點擊“生成”菜單＞“曲線”＞“三維曲線”,單擊“三維曲線”＞“輸入樣條曲線”，彈出輸入3D樣條曲線對話框。點擊“瀏覽”，輸入1.txt，然后將3D曲線轉(zhuǎn)換成草圖曲線，同理輸入其他8個文件，分別進行轉(zhuǎn)換。

選中所有曲線進行“放樣”，彈出“從一個二維輪廓創(chuàng)建放樣特征創(chuàng)建放樣”對話框，生成類型選擇“曲面”，選擇確定。葉片曲面生成。如圖3所示。

圖3 生成的葉片三維模型

6 CAXA實體設(shè)計數(shù)據(jù)輸出

由于要進一步研究葉片等曲面類零件的加工，需要將CAXA實體設(shè)計的數(shù)據(jù)輸出到CAXA制造工程師中。下面介紹一下步驟：

1）點擊“工具”＞“加載應(yīng)用程序”，系統(tǒng)彈出加載應(yīng)用程序?qū)υ捒颉＿x中“ExportSldToME”應(yīng)用程序，點擊確定。如圖4所示。

2）點擊“工具”＞“自定義”，系統(tǒng)彈出自定義對話框。點擊工具欄，在里面選中“ExportSldToME TB 1”，點擊關(guān)閉。此時出現(xiàn)加載應(yīng)用程序工具欄。點擊即可。如圖5所示。

3）在CAXA制造工程師中，選中“文件”＞“CAXA實體設(shè)計數(shù)據(jù)”，此時實體設(shè)計剛剛輸出的數(shù)據(jù)就讀到CAXA制造工程師里面了。

圖4 加載應(yīng)用程序設(shè)置

圖5 自定義對話框設(shè)置

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