基于UG的汽轮机转子平衡孔钻模设计

刘 华 黄俊杰 李蒙军

（东方汽轮机有限公司，德阳 618000）

1 问题的提出

在汽轮机新产品研制过程中，经常需要设计专用工装来满足各种加工要求，而工装的设计大多采用AutoCAD绘制平面图，工装设计的正确性、合理性及实际的可操作性在早期不能直观体现，设计质量无法完全保证，生产中将造成许多不必要的工装返修甚至报废。基于以上原因，当前在工装设计方面逐步采用三维软件进行辅助设计，其优点在于：三维实体模型非常直观，不仅可以对工装自身结构进行优化，而且可以将模型投影到现场应用的环境中，使得设计的工装更满足实际需求。

2 转子及平衡孔结构

在汽轮机转子叶轮上开设平衡孔，其作用是减小叶轮两侧蒸汽的压差，平衡转子的轴向推力。常见的汽轮机转子及平衡孔结构如图1所示，正反级叶轮开设有平衡孔，但只能使用专用钻床从中间向两边进行加工，为了弥补专用钻床精度不足，就需要使用钻模来保证孔的加工精度。

图1 汽轮机转子

3 平衡孔钻模原理

钻模为弧段形式，用叶轮外圆定位，通过端面的压板螺钉，将钻模固定在叶轮上，径向位置靠钻模安装后自动获得，周向位置靠钻模对线来确定。要求钻模在安装过程中不能与叶轮和端面汽封齿产生干涉，而且加工时还要有足够的操作空间，如图2所示。

图2 平衡孔钻模使用示意图

4 钻模零件三维模型设计

三维设计的核心是参数化、模块化。在进行三维设计前，笔者确立了一种设计思路：充分利用软件参数化功能，建立通用化模块，使设计过程变得方便快捷。在设计钻模时可以将尺寸分为两类：一类是固定不变的，另一类是随产品不同而改变的，设计过程中依上述两类尺寸来构造零件。为此，在UG草图设计中就要对标注重命名，标注是一个等式，左边是这个标注的名称，右边是这个标注的赋值。赋值的内容既可以在表达式当中定义，也可以在表达式当中直接赋值。这里将它用于定位的销钉孔尺寸以及给销钉孔间距定值。

在完成定值标注后，接下来进行参数尺寸命名。如图3所示，钻模板上平衡孔的位置与叶轮外圆及定位销直径有关，且存在一个几何函数关系，找出该关系之后，就可以将叶轮的外圆和平衡孔节圆两个关键尺寸作为自变量，然后用表达式间接求出相对尺寸，该尺寸即为参数尺寸。如图4所示，在设计钻模时只需输入叶轮的外圆尺寸（D1）、平衡孔节圆尺寸（D2），就能自动获得作图需要的尺寸。

图3 钻模尺寸关系

通过进一步研究发现，人们可以把需要定义的尺寸写入自定义参数中，因此设计该零件只需要在图4界面就能完成，完全不用画草图，从而省略了重复烦琐的建模过程，设计效率明显提高。同时UG还提供了UG/Open接口，可以使用该工具创建参数化设计的分级菜单到UG菜单栏，UG提供的页面设计如图5所示，可以自行编写DLL文件，输入的值可以驱动模型改变尺寸，这样就完全实现了零件设计的参数化。批量化的零件可以使用Excel表格编辑参数，直接生成模型。

图4 钻模设计参数尺寸定义

图5 零件参数化设计

5 结语

模块化设计方法可以去除许多重复性操作，不仅有效地缩短了平衡孔钻模设计周期，还降低了使用难度，使三维设计变得更加方便可行。通过该方法的应用，设计者在拥有钻模的三维模型后，不仅可以将模型导入转子中进行对比，使钻模更加可靠和符合实际需求，还可以用它来进行后续工装的重量计算和强度校核等。