基于UG的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子平衡孔鉆模設(shè)計(jì)

劉 華 黃俊杰 李蒙軍

（東方汽輪機(jī)有限公司，德陽 618000）

1 問題的提出

在汽輪機(jī)新產(chǎn)品研制過程中，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)專用工裝來滿足各種加工要求，而工裝的設(shè)計(jì)大多采用AutoCAD繪制平面圖，工裝設(shè)計(jì)的正確性、合理性及實(shí)際的可操作性在早期不能直觀體現(xiàn)，設(shè)計(jì)質(zhì)量無法完全保證，生產(chǎn)中將造成許多不必要的工裝返修甚至報(bào)廢?；谝陨显?，當(dāng)前在工裝設(shè)計(jì)方面逐步采用三維軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)在于：三維實(shí)體模型非常直觀，不僅可以對(duì)工裝自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，而且可以將模型投影到現(xiàn)場應(yīng)用的環(huán)境中，使得設(shè)計(jì)的工裝更滿足實(shí)際需求。

2 轉(zhuǎn)子及平衡孔結(jié)構(gòu)

在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪上開設(shè)平衡孔，其作用是減小葉輪兩側(cè)蒸汽的壓差，平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力。常見的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及平衡孔結(jié)構(gòu)如圖1所示，正反級(jí)葉輪開設(shè)有平衡孔，但只能使用專用鉆床從中間向兩邊進(jìn)行加工，為了彌補(bǔ)專用鉆床精度不足，就需要使用鉆模來保證孔的加工精度。

圖1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子

3 平衡孔鉆模原理

鉆模為弧段形式，用葉輪外圓定位，通過端面的壓板螺釘，將鉆模固定在葉輪上，徑向位置靠鉆模安裝后自動(dòng)獲得，周向位置靠鉆模對(duì)線來確定。要求鉆模在安裝過程中不能與葉輪和端面汽封齒產(chǎn)生干涉，而且加工時(shí)還要有足夠的操作空間，如圖2所示。

圖2 平衡孔鉆模使用示意圖

4 鉆模零件三維模型設(shè)計(jì)

三維設(shè)計(jì)的核心是參數(shù)化、模塊化。在進(jìn)行三維設(shè)計(jì)前，筆者確立了一種設(shè)計(jì)思路：充分利用軟件參數(shù)化功能，建立通用化模塊，使設(shè)計(jì)過程變得方便快捷。在設(shè)計(jì)鉆模時(shí)可以將尺寸分為兩類：一類是固定不變的，另一類是隨產(chǎn)品不同而改變的，設(shè)計(jì)過程中依上述兩類尺寸來構(gòu)造零件。為此，在UG草圖設(shè)計(jì)中就要對(duì)標(biāo)注重命名，標(biāo)注是一個(gè)等式，左邊是這個(gè)標(biāo)注的名稱，右邊是這個(gè)標(biāo)注的賦值。賦值的內(nèi)容既可以在表達(dá)式當(dāng)中定義，也可以在表達(dá)式當(dāng)中直接賦值。這里將它用于定位的銷釘孔尺寸以及給銷釘孔間距定值。

在完成定值標(biāo)注后，接下來進(jìn)行參數(shù)尺寸命名。如圖3所示，鉆模板上平衡孔的位置與葉輪外圓及定位銷直徑有關(guān)，且存在一個(gè)幾何函數(shù)關(guān)系，找出該關(guān)系之后，就可以將葉輪的外圓和平衡孔節(jié)圓兩個(gè)關(guān)鍵尺寸作為自變量，然后用表達(dá)式間接求出相對(duì)尺寸，該尺寸即為參數(shù)尺寸。如圖4所示，在設(shè)計(jì)鉆模時(shí)只需輸入葉輪的外圓尺寸（D1）、平衡孔節(jié)圓尺寸（D2），就能自動(dòng)獲得作圖需要的尺寸。

圖3 鉆模尺寸關(guān)系

通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，人們可以把需要定義的尺寸寫入自定義參數(shù)中，因此設(shè)計(jì)該零件只需要在圖4界面就能完成，完全不用畫草圖，從而省略了重復(fù)煩瑣的建模過程，設(shè)計(jì)效率明顯提高。同時(shí)UG還提供了UG/Open接口，可以使用該工具創(chuàng)建參數(shù)化設(shè)計(jì)的分級(jí)菜單到UG菜單欄，UG提供的頁面設(shè)計(jì)如圖5所示，可以自行編寫DLL文件，輸入的值可以驅(qū)動(dòng)模型改變尺寸，這樣就完全實(shí)現(xiàn)了零件設(shè)計(jì)的參數(shù)化。批量化的零件可以使用Excel表格編輯參數(shù)，直接生成模型。

圖4 鉆模設(shè)計(jì)參數(shù)尺寸定義

圖5 零件參數(shù)化設(shè)計(jì)

5 結(jié)語

模塊化設(shè)計(jì)方法可以去除許多重復(fù)性操作，不僅有效地縮短了平衡孔鉆模設(shè)計(jì)周期，還降低了使用難度，使三維設(shè)計(jì)變得更加方便可行。通過該方法的應(yīng)用，設(shè)計(jì)者在擁有鉆模的三維模型后，不僅可以將模型導(dǎo)入轉(zhuǎn)子中進(jìn)行對(duì)比，使鉆模更加可靠和符合實(shí)際需求，還可以用它來進(jìn)行后續(xù)工裝的重量計(jì)算和強(qiáng)度校核等。