汽轮机叶片模具CAD系统
基于逆向工程的汽轮机叶片型面CAD建模方法的研究
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对 汽轮机 叶片表 面几 何形状数 据 的采集 使用 的是 由加 拿 式 中： 控制顶点 Ｐｉｉ０ １ … ， ＝ ， ， ｎ 呈拓扑矩形阵列一 ｉ ＝ ，， ｍｄ Ｏ １ …， ） （
５３叶 片型面优化 ．
一
般情况下 ， 由于数据精度问题可能造成构造 出的曲面在
过渡部分曲率变化较大或者 出现扭 曲， 以要对所得曲面进行修 所 改。 Ｐｏ 在 ｒ Ｅ软件 中， ／ 选择“ 分析” “ 一 几何” “ 一 着色 曲率” 此处利用 。
图 １叶片扫描数据 图 图 ２点云切片图
建模 方 法的研 究
邢 健 付 大鹏 郝 德成
（ 东北电力大学 机械工程学院， 吉林 １２ １ ） ３０ ２
Ｓｔ ｄ ｆ ｕ ｙｏ ＣＡＤ ｍｏ ｅ ｉｇ ｆ ｕ ｂ ｎ ｌｄ ｒ ｆｅ ｂ ｓ ｄ ｄ ｌ ｏｒ ｒ ｉ ｅ ｂ ａ ｅ ｐ ｏ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ｅ ｅ ｓ ｎ ｍｅ ｎ ｇ ｎ ｒｖ ｒｅｅ ｇ ｅ ｎ
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｖｅ ｓ ｎｇ ｎｅ ｒ ｎｇ； ａ Ｒｅ ｒ ｅ ｅ ｉ ｅ ｉ Ｂｌ ｄｅ； ｉ ｌ ｕｄ； ｏ ｉｅ ｒ ｃ ｎｓ ｒ ｔｏ ＰＯ ｎｔｃ ｏ Ｐｒ ｆｌ ｅ ｏ ｔ ｕｃ ｉ ｎ
汽轮机叶片几何建模和网格划分采取的设计方法步骤
汽轮机叶片几何建模和网格划分采取的设计方法步骤1.叶片几何建模：（1）确定叶片的轴向布局：根据汽轮机的设计要求和工况参数，确定叶片的位置、数量和布局形式。
（2）确定叶片的主要几何尺寸：包括叶片根部和尖部的宽度、厚度、弯度曲率等关键参数。
（3）确定叶片的截面形状：根据汽轮机的工况要求和流体力学性能要求，确定叶片的截面曲线形状，常见的有矩形、椭圆形、轮廓线等。
（4）构建叶片整体几何模型：根据叶片的轴向布局和主要几何尺寸，构建叶片的整体三维几何模型，通常使用CAD软件进行建模。
2.叶片网格划分：（1）准备网格划分工具：选择适合的流体力学分析软件和网格划分工具，如ANSYS Fluent、NUMECA等。
（2）预处理：导入叶片几何模型，进行预处理操作，如清理模型、修复几何错误、切割几何体等。
（3）网格生成：根据汽轮机叶片的几何模型和工况要求，通过网格生成工具生成初始网格。
常用的网格划分方法有结构化网格和非结构化网格。
（4）网格优化：对初始网格进行优化处理，以改善网格质量，并满足流体力学计算的要求。
通常通过剖分和加密网格来实现。
（5）边界条件划定：根据汽轮机的工况要求，对叶片的边界条件进行划定，如壁面边界条件、进出口边界条件等。
（6）验证和修正：对生成的叶片网格进行验证，如检查网格划分的质量和流体力学计算的准确性，并根据需要进行修正和优化。
以上是汽轮机叶片几何建模和网格划分的基本设计方法步骤。
需要注意的是，叶片几何建模和网格划分的精度和合理性对汽轮机的性能和工作效率有着重要影响，因此在实际设计过程中需要进行反复验证和优化，确保叶片流动特性的准确性和稳定性。
江南大学科技成果——汽轮机叶片模具CAD系统
江南大学科技成果——汽轮机叶片模具CAD系统
项目简介
主要对汽轮机典型叶片锻铸模具的自动生成技术及超长叶片的数字化设计与制造技术进行研究，并开发相应的汽轮机叶片模具CAD 系统。
主要研究内容如下：
（1）超长叶片锻造余量自动加放技术；
（2）超长叶片毛坯锻件曲面形状参数化智能化建模技术；
（3）汽轮机超长叶片锻模设计自动化技术；
（4）切边模具自动设计技术；
（5）超长叶片锻造及模具检验样板自动设计技术；
（6）超长叶片热锻件虚拟检验技术。
本项目获轻工业联合会科技进步二等奖、无锡市科技进步二等。
创新要点
项目创新点主要是不仅实现了成品型线驱动设计锻件截面的参数化，而且利用专家库技术，实现了智能驱动和设计。
为非标小批量产品设计，提供了快速智能化设计的有效途径。
具体创新点：（1）开发了一种用于叶片锻模模具自动生成的软件系统；
（2）发明了一种锻件锻造成形的方法；
（3）开发了叶片切边模具自动生成的软件系统；
（4）开发了一种叶片检验框架实体；
效益分析
对具备10台机床的小型车间而言，每年净提高产值100万元以
上。
公司新品模具整体设计效率提高了4倍以上，部分设计工序效率提高上百倍。
推广情况研发百万千瓦等级长叶片的民族产业中。
授权专利
密封件自动修边机，200510094431X；
自适应真空吸盘工作台，200510094430；
一种薄型件装夹专用夹具，200910026184.8。
基于专家知识的汽轮机叶片锻模设计系统
开始
｜划｜◇一』读取文件行
≮兰多 拾取所有曲线。提示曲线数 ●
Ｉ按曲线颜色分类Ｙ、按ｚ值分层
获取修型参数、偏置样条延伸参
成。如果手工一个一个将这些圆弧 直线画到计算机里。费时费力还容
内、背弧按偏置数据偏置
易出错。系统采用文件驱动实现。过 程如图４所示。
内背弧出汽边延伸、倒圆
圆弧半径有符号．当截面曲线 以顺时针方向排列串连时．顺时针 的圆弧，半径为正，逆时针的圆弧半 径为负：当截面线以逆时针方向串 连时。逆时针的圆弧半径为正，顺时 针的圆弧半径为负。 ３．２截面型线修型
ｄｉｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ａｆｔｅｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔ＇ｓ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ａ
ｓｐｅｃｉａｌ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｂａｓｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｄａｔａ ｂａｓｅ．ａ ｓｐｅｃｉａｌ ＣＡＤ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｎｓ仃ｕｃｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ，
中图分类号：ＴＧ３１５．２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１．３８１４（２００９）０５－００７６－０４
Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂｌａｄｅ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｄｉｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ
Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ
ＬＶ Ｙａｎｍｉｎ９１，ＮＩ Ｍｉｎｇｍｉｎ９２，ＳＨＡＯ Ｒａｎ２，ＴＥＮＧ Ｓｈｕｘｉｎ２
尺寸类型，调专家修型参数知识并回显，如无需修 选取叶根边界及叶身飞边，系统自动生成叶根余
改，确认后自动修型，结果如图８所示。
块、飞边及拔模面，如图９（ａ）所示。
燃气轮机叶片实体建模_古成中
文章编号 1671-7953(2006)03-0069-04燃气轮机叶片实体建模古成中 吴新跃海军工程大学船舶与动力学院 武汉 430033摘 要 提出燃气轮机空心叶片实体建模的新方法,即采用UG 软件对燃气轮机叶片进行精确实体造型,利用UG 自由曲面及片体的形成、修剪、精确缝合,建立空心叶片,充分发挥transform 的精确定位,结合布尔运算形成精确的叶片复杂的内部结构,为结构强度、温度场等有限元分析提供基础。
关键词 燃气轮机 叶片 UG 软件 实体造型中图分类号 U664.131 文献标识码 A3D solid modeling of the leaf of gas turbineGU Cheng -zhong WU X in -yueSchool of Naval Architecture and Power Naval University of Engineering Wuhan 430033Abstract A new method of making 3D solid modeling of the leaf entity of the gas turbine is introd uced,which uses UG software to construct precise entity for the leaf,forming,trimming and sewing the sheet of leaf to establish the geometric model exactly.The precise orientating function of transform menu,combined wi th Boolean operation i s exerted to forms the complicated internal structure of leaf.The geometric model lays good foundation for fini te element analysis of structural strength,temperature field and so on.Key words gas turbine leaf UG 3D solid modeli ng收稿日期 2005-10-25修回日期 2006-01-16作者简介 古成中(1981-),男,硕士生。
汽轮机叶片的 CAD／CAM系统研发
汽轮机叶片的CAD／CAM系统研发为了开发并完善汽轮机叶片CAD/CAM系统，基于UG的系统设计，提高效率，解决汽轮机叶片造型和数控编程的关键技术难点。
标签：汽轮机叶片；UG；CAD/CAM0 引言汽轮机是主要的发电设备，汽轮机叶片是汽轮机的关键零件，其类型、数量众多，叶片的结构相似，都是自由曲面，为保证叶片的强度，流动性，精度，就必须保证其生产工艺。
叶片大小不一，可以按照系列来设计，叶片设计的过程若借助CAD/CAM技术，在数控加工程序中建立叶片的数字几何模型，编制程序，可以高效的完成叶片的加工，同时降低叶片的开发成本。
1 汽轮机叶片结构造型技术分析叶片截面型线包含叶盆曲线、进出汽边、叶背曲线，这些型线都是通过型值点定位，通过三坐标测量以及理论计算获得。
随着技术的提高，Bezier样条、Nurbs 样条以及B样条代替二次曲线，应用在叶片造型中，精度较高。
一些通用的软件系统如PROE、IDEAS、UG等可以作为CAD/CAM系统的支撑软件。
2 汽轮机叶片CAD/CAM系统程序设计基于UG的cad系统模块称为复合建模，能体现传统实体造型和曲面造型，使用者可以完成各种非规则的复杂的实体和曲面造型创造。
UG/open是二次开发工具集的总和，组成部分包括UG/OPEN GRIP、API、MENUSCRIPT、UISTYLER 四部分。
传统的汽轮机叶片CAD/CAM，叶片设计者根据气动计算或测绘出型值点，完成设计，再用CAD完成叶片二维工程图和叶片三维实体造型，加工的叶片轨迹，仿真和NC代码根据CAM模块交互完成。
为解决上述问题本文开发的叶片新CAD/CAM系统包含三个功能模块：系统总控模块、叶片自动造型模块（CAD）、砂带磨削自动编程模块（CAM）。
系统总控模块可以控制调用和衔接造型（CAD）和编程模块两部分（CAM）。
在UG环境下调用开发出来的叶片造型和数控编程，利用UG/OPEN在长叶片设计中，综合使用可以获得最佳的效率。
基于特征的汽轮机叶片参数化设计软件
Abstract： In order to provide a usable blade model for special machining software of a blade， a parametric blade design software is developed based on the features. According to the characteristic of a turbine blade， the blade is divided into five master features： bladeroot，rootsurface，bladecoronal，coronalsurface and bladebody，while bladebody is divided into four child features： surface of back arc，circular arc surface of stream coming in，surface of inner arc and circular arc surface of stream coming out. 3D model of the turbine blade based on features can be generated automatically by the system with blade parameters input by users. The results of machining simulation show that different cutting speeds and cutting steps can be given for different parts of the bladebody and overcut can be avoided. The paramatic blade model based on features can provide a practical base model for a blade machining software. Key words： turbine blade； feature； parametric； software 目前， 叶片的设计加工软件主要有通用软件 和专用软件两类. 通用的商品化 CAD / CAM 软件， CATIA、 Pro / E 等均针对通用零件， 如 UG、 对于叶 片中特有的结构特征没有提供直接的参数化造型 方法， 并且用通用软件的 CAM 模块生成的刀轨进 行叶片实际加工时， 一方面加工速度不可改变， 从 另一方面由于刀 而可能导致出汽边圆弧处过切， 具不能兼顾侧面和底面， 刀具的倾角不可变， 从而
基于UG的汽轮机叶片CAD_CAM系统开发研究
基于UG的汽轮机叶片CAD_CAM系统开发研究２００７年１２月中国制造业信息化第３６卷第２３期基于ＵＧ的汽轮机叶片ＣＡＤ／ＣＡＭ系统开发研究季源源，王隆太，钱文明，项余建（扬州大学机电研究所，江苏扬州２２５００９）摘要：对汽轮机叶片型面特征及加工方法进行了分析，在ＵＧ环境下利用二次开发工具和ＶＣ＋＋语言，进行了汽轮机叶片ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的开发研究，所开发完成的软件系统能够根据用户输入的叶片原始参数，自动生成叶片三维数据模型，并通过其渊模块自动进行叶片砂带磨削ＮＣ程序的编制。
关键词：汽轮机叶片；砂带磨削；ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中图分类号：７ｒＰ２７１．４文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—１６１６（２００７）２３一００４０一０４汽轮机叶片表面为复杂的曲面型面，其通常采用１Ｃｒｌ３等不锈钢材料制造，这些材料强度高、韧性大、热硬性好，是汽轮发动机组中加工难度最大的零件之一，其加工工作量约占整台发动机加工工作量的４０％。
目前，我国叶片型面的加工通常是在铣削或精锻成形的基础上，借助砂轮或砂带进行人工打磨抛光完成，其加工工艺原始，劳动负荷大，生产效率低，作业环境恶劣，精度难以保证。
为此，扬州大学机电研究所利用先进的数控技术和砂带高效磨削的特点…，进行汽轮机叶片数控砂带磨床的开发和研究。
汽轮机叶片模型的建立和砂带磨削数控指令的生成是一项复杂、耗时的工作，也是汽轮机叶片数控砂带磨床开发的关键技术之一。
为此，本文应用较为成熟的计算机应用技术，从事汽轮机叶片ａ如／ｃＡＭ系统的开发和研究，实现叶片型面的自动建模和磨削数控程序的自动生成，以达到提高叶片磨削加工效率，提高加工精度，缩短叶片产品开发周期的目的。
１汽轮机叶片结构特征以及Ｑ如／洲系统开发目的要求按功能作用的不同，汽轮机叶片可分为动叶片和静叶片两种。
．通常，动叶片由叶身、叶根、叶冠３部分组成（如图１所示），静叶片相对较为简单，没有叶根和叶冠。
汽轮机叶片叶身型面一般为比较复杂的扭曲曲面。
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完成单位
机械工程
通讯地址 江苏省无锡市蠡湖大道 1800 号
联
成果完成人 吕彦明 职称/职务 副教授
系
联系人 方
吕彦明 职称/职务 副教授
13961823
式 手机
传真
651
邮编
214122
电话
电话
lvyanming126@1 E-mail
知识产权 □√发明专利
项目创新点主要是不仅实现了成品型线驱动设计锻件截面的参数化， 而且利用专家库技术，实现了智能驱动和设计。为非标小批量产品设计， 提供了快速智能化设计的有效途径。具体创新点： （1）开发了一种用于叶片锻模模具自动生成的软件系统； （2）发明了一种锻件锻造成形的方法； （3）开发了叶片切边模具自动生成的软件系统； （4）开发了一种叶片检验框架实体。 3、效益分析 Nhomakorabea情
形式 □农业、生物新品种
□矿产新品种
□其他应用技术
况
□√电子信息 □能源环保 □装备制造 □生物技术与新医药
所属领域
□新材料 □农业食品科技 □海洋技术 □√其他
技术成熟 □研制阶段
□试生产阶段
□小批量生产阶段
程度 □√批量生产阶段 □其他
一、简要综述
获轻工业联合会科技进步二等奖，无锡市科技进步二等。 成果简介
对具备 10 台机床的小型车间而言，每年净提高产值 100 万元以上。 公司新品模具整体设计效率提高了 4 倍以上，部分设计工序效率提高上百 倍。 4、推广情况
已推广到研发百万千瓦等级长叶片的企业中。
合作需求
合作方式
□自主开发生产产品 □技术入股与合作
□技术转让
□√技术服务
□ 其它
形式
□实用新型专利 □外观设计专利 □其他
专利状况
1、申请专利 6 项
2、已授权专利 3 项
项数
专利名称
专利号
成
授权专利
密封件自动修边机
200510094431X
果
情况
3
自适应真空吸盘工作台
200510094430
基
一种薄型件装夹专用夹具
200910026184.8
本
成果体现 □√新技术 □新工艺 □√新产品 □新材料 □新装备
二、具体介绍
1、项目简介
主要对汽轮机典型叶片锻铸模具的自动生成技术及超长叶片的数字
化设计与制造技术进行研究，并开发相应的汽轮机叶片模具 CAD 系统。
主要研究内容如下： （1）超长叶片锻造余量自动加放技术； （2）超长叶片毛坯锻件曲面形状参数化智能化建模技术； （3）汽轮机超长叶片锻模设计自动化技术； （4）切边模具自动设计技术； （5）超长叶片锻造及模具检验样板自动设计技术； （6）超长叶片热锻件虚拟检验技术。 2、创新要点