專(zhuān)利名稱(chēng)：整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，屬于電解加工技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
整體葉輪是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及航空機(jī)載設(shè)備中重要零件之一，整體 葉輪的加工精度、加工質(zhì)量和加工效率對(duì)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和成本有著重要的影響。 在把整體葉輪葉片型面加工至設(shè)計(jì)要求之前，整體葉輪的葉間通道的加工是不可缺 少的工藝。電解加工具有加工范圍廣、表面質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、無(wú)宏觀切削力和 工具陰極無(wú)損耗等優(yōu)點(diǎn)。在整體葉輪的加工中，電解加工體現(xiàn)了較大的優(yōu)勢(shì)。
2004年7月14日公告的B.韋等人的中國(guó)專(zhuān)利第200310123549.1號(hào)提出一種其 每個(gè)軸上均具有數(shù)控裝置的多軸機(jī)器來(lái)驅(qū)動(dòng)工具和工件的所需運(yùn)動(dòng)以加工復(fù)雜的 葉片幾何形狀。2004年7月14 R公告的B.魏等人的中國(guó)專(zhuān)利第200310114720.2號(hào) 提出一種環(huán)形或倒置杯形工具電極，將整體葉輪的葉片粗加工至接近于最后成形的 形狀，該工具電極由CNC驅(qū)動(dòng)而圍繞整體葉輪旋轉(zhuǎn)和定位。這兩個(gè)專(zhuān)利均沒(méi)有提 出如何優(yōu)化工具電極的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，加工余量是否小且均勻性良好等等。
2006年7月康敏等人發(fā)表于農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第37巻第7期的整體葉輪精密展成 電解加工技術(shù)提出四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控展成法來(lái)加工整體葉輪，該方法采用電極相對(duì)與 葉輪毛坯作展成運(yùn)動(dòng)來(lái)加工葉片的型面。該方法僅限于加工葉片型面直紋可展的整 體葉輪。對(duì)于葉片型面較為復(fù)雜的整體葉輪來(lái)說(shuō)，采用該方法加工后葉片型面毛坯 余量較大且不均勻，甚至無(wú)法加工。
現(xiàn)有的整體葉輪加工技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足航空、航天機(jī)載設(shè)備等產(chǎn)品對(duì)整體葉輪日益 增加的需求，研究新的加工設(shè)備和方法勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前整體葉輪葉間通道加工效率不高、加工成本較高、 加工余量較大或均勻性較差等不足，提出一種整體葉輪電解加工工具電極的空間軌 跡優(yōu)化方法。
一種整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步
驟
(1) 、準(zhǔn)備加工時(shí)，水平電極軸線的延長(zhǎng)線與葉輪毛坯軸線Lo垂直相交，即沿
葉輪毛坯半徑方向，并置于葉輪毛坯的上方，水平電極端部與U的距離
d=:^￡^L+S,其中Do為整體葉輪的直徑，L為葉片長(zhǎng)度，S為電極端部的電解加 2
工間隙；
定義葉輪軸線方向?yàn)檎w葉輪電解加工系統(tǒng)的坐標(biāo)系的Z軸方向，電極在準(zhǔn)備 加工時(shí)的軸線方向?yàn)樵撟鴺?biāo)系的X軸方向，根據(jù)笛卡爾直角坐標(biāo)系確定Y軸方向。
(2) 、根據(jù)需要采用下述的一種或幾種運(yùn)動(dòng)方式復(fù)合，實(shí)現(xiàn)整體葉輪電解加工
① 、水平陰極直線進(jìn)給水平陰極以速度V,沿葉輪毛坯軸線Lo做直線進(jìn)給；
② 、水平陰極旋轉(zhuǎn)進(jìn)給水平陰極以角速度V2繞一條與葉輪毛坯軸線Lo平行 的直線L,旋轉(zhuǎn)，直線L,通過(guò)電極端部，其中Li與U的距離為d， In為工具陰極的 旋轉(zhuǎn)軸；
③ 、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給葉輪毛坯以角速度V3繞自身軸線U旋轉(zhuǎn)。
上述的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于具體空 間軌跡為
定義葉輪毛坯軸線方向?yàn)槿~片高度方向；葉輪毛坯半徑方向?yàn)槿~片長(zhǎng)度方向； 第一歩，工具陰極沿葉輪軸線U直線進(jìn)給同時(shí)繞直線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸 線Lo旋轉(zhuǎn)，以加工第一葉片的葉背型面，該步驟中V, 、 V2 、 V3均不為0;
第二步，工具陰極繞自身軸線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸線U旋轉(zhuǎn)，以加工第二
葉片的葉盆型面，該步驟中V!二0， V2 、 V3不為0;
第三歩，工具陰極沿葉輪軸線Lo直線進(jìn)給同時(shí)繞直線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸 線Lo旋轉(zhuǎn)，以加工第二葉片的葉盆型面，該步驟中V, 、 V2 、 V3均不為0;
第四步，工具陰極繞自身軸線L，旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸線Lc旋轉(zhuǎn)，以加工第一葉片的葉背型面，該歩驟中VpO， V2 、 V3不為0;重復(fù)一、二、三、四步，直至加工結(jié)束，并根據(jù)需要采取重復(fù)次數(shù)獲得最佳的 加工效果。上述的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于在加工 過(guò)程中避免過(guò)切并保證具有一定的水平余量，該水平余量為葉片型面沿Y軸方向的在葉背型面取高度X長(zhǎng)度方向A XB個(gè)采樣點(diǎn)，Aab表示葉背各點(diǎn)水平余量， 其中a小于等于A， b小于等于B。在葉盆型面取高度X長(zhǎng)度方向EXF個(gè)采樣點(diǎn)，^f表示葉盆各點(diǎn)水平余量，其中e小于等于E， f小于等于F。判優(yōu)準(zhǔn)則I :利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第一步中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則II :利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第二歩中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則III:利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均勻，來(lái)確定第三步中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則IV:利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第四歩中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則V:利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背高度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，同時(shí)利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆高度方向上各點(diǎn)水平余量分布均勻，進(jìn)一步 確定完整加工過(guò)程中各步驟之間具體速度大小的關(guān)系。上述的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于上述優(yōu)化算法為均方差算法，即^:^JlJ^-!」蕓C，在本方法中，N為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，， N-lXi為采樣點(diǎn)的水平余量，C為設(shè)定的常數(shù)。上述整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于 在微小范圍內(nèi)，將復(fù)合運(yùn)動(dòng)看成依次進(jìn)給，順序?yàn)殛帢O直線進(jìn)給、陰極旋轉(zhuǎn)7進(jìn)給、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，任意點(diǎn)葉背水平余量Aab的計(jì)算方式如下(1 )、取一個(gè)平行于葉輪毛坯軸線的平面P,，該平面垂直于直角坐標(biāo)系的X軸， 且陰極穿過(guò)該平面，記陰極在平面P,上橫截面中心為0 1;(2) 、陰極直線進(jìn)給時(shí)陰極沿葉輪毛坯軸線方向直線進(jìn)給距離V,t，此時(shí)陰 極在平面P,上的橫截面中心記為S:(3) 、陰極旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時(shí)記通過(guò)點(diǎn)S且與葉輪軸線垂直的平面為P2，陰極在平 面P2上旋轉(zhuǎn)微小角度V2t后，此時(shí)陰極在平面P,上的橫截面中心記為02，點(diǎn)S的旋轉(zhuǎn)半徑記為r且已知，LS02的長(zhǎng)度為rV2t;(4) 、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時(shí)在平面P2上且與02在同一條平行于Y軸的直線 上的葉背型面上的點(diǎn)記為Q2，記點(diǎn)Q2在葉輪旋轉(zhuǎn)微小角度V3t之后為Q,，該旋轉(zhuǎn) 半徑為記為R，且己知，LQ1Q2的長(zhǎng)度為RV3t;(5) 、在微小范圍內(nèi)，點(diǎn)S、 02、 Q,、 Q2可認(rèn)為位于同一條直線上，L01S、 L01Q2、 LsQ2形成以LcM(32為斜邊的直角三角形，其中LoiQ2己知；(6) 、 Lqk^A,2-(l0is)2-Lq1Q2—LS02= Vl01Q22 -(V,t)2 - (RV3t+rV2t);(7) 、 Aab=LQ102-C，其中；為采樣點(diǎn)的電解加工間隙； 葉盆各采樣點(diǎn)的水平余量^的計(jì)算方式與上述方式類(lèi)似。本發(fā)明的有益效果在于(1) 工具電極在沿葉輪毛坯軸線U直線進(jìn)給的同時(shí)繞直線LJ定轉(zhuǎn)，葉輪繞自 身軸線Lo旋轉(zhuǎn)，根據(jù)本方法的速度優(yōu)化準(zhǔn)則，優(yōu)化了工具陰極的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，使 得工具陰極在加工過(guò)程中最優(yōu)地貼近葉片的型面，因此加工后的余量較小且均勻性 良好。(2) 本方法亦適用于多個(gè)電極同時(shí)加工的情形，與單電極加工相比，使用多 個(gè)電極加工可一次加工多個(gè)葉間通道，大幅度地提高了整體葉輪的加工效率，為后 續(xù)精加工節(jié)省了大量的時(shí)間。


圖1是整體葉輪葉間通道電解加工的工作原理圖。8圖2是電極和葉輪毛坯進(jìn)給方式示意圖。圖3是準(zhǔn)備加工時(shí)陰極和毛坯的位置關(guān)系圖，其中圖A為前視圖，圖B為俯視圖。圖4是電極相對(duì)于葉輪毛坯的進(jìn)給路線示意圖(葉輪繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)用電極 繞葉輪軸線與之反方向旋轉(zhuǎn)代替)，其中圖A是三維位置關(guān)系示意圖，圖B是陰極 在截平面P,上相對(duì)于葉輪毛坯的進(jìn)給路線示意圖。圖5是葉片型面的余量分析圖。圖6是陰極在發(fā)明內(nèi)容2中第一歩所述運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析圖。圖7是陰極和葉輪在平面P2上的運(yùn)動(dòng)分析圖。圖8是陰極在平面P,上的余量分析示意圖。圖l中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)1、機(jī)床平移臺(tái)，2、工具陰極，3、進(jìn)液口管接頭，4、陰極 支架，5、陰極旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，6、葉輪毛坯壓板，7、整體葉輪毛坯，8、葉輪毛坯 支撐軸，9、電源。圖2中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)標(biāo)號(hào)2與圖1中標(biāo)號(hào)與名稱(chēng)一致，10、整體葉輪葉片的葉盆 型面，11、整體葉輪葉片的葉背型面，LG、葉輪毛坯軸線，L卜陰極旋轉(zhuǎn)軸線(與 Lo平行)，V,、陰極沿葉輪毛坯軸線方向直線進(jìn)給的速度，V2、陰極繞Li旋轉(zhuǎn)的速 度，V3、葉輪毛坯繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的速度。圖3中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)標(biāo)號(hào)2、 7與圖1中標(biāo)號(hào)與名稱(chēng)一致，標(biāo)號(hào)IO、 11與圖2中 標(biāo)號(hào)和名稱(chēng)一致，U、 L,與圖2中名稱(chēng)一致，DQ、葉輪毛坯直徑，S、陰極端部的 電解加工間隙。圖4中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)標(biāo)號(hào)2與圖1中標(biāo)號(hào)與名稱(chēng)一致，標(biāo)號(hào)10、 11與圖2中標(biāo) 號(hào)和名稱(chēng)一致，I、陰極相對(duì)于葉輪的加工初始位置，II、陰極相對(duì)于葉輪在發(fā)明 內(nèi)容中第一步所述運(yùn)動(dòng)的最終位置，III、陰極相對(duì)于葉輪在發(fā)明內(nèi)容中第二步所述 運(yùn)動(dòng)的最終位置，IV、陰極相對(duì)于葉輪在發(fā)明內(nèi)容中第三步所述運(yùn)動(dòng)的最終位置， V、陰極相對(duì)于葉輪在發(fā)明內(nèi)容中第四步所述運(yùn)動(dòng)的最終位置，VI、陰極相對(duì)于葉 輪的加工結(jié)束位置，P,、與X軸垂直的平面。圖5中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)標(biāo)號(hào)IO、 11與圖2中標(biāo)號(hào)與名稱(chēng)一致，&、 f21、 s31…… fa為葉盆高度方向上11、 21、 31……El各點(diǎn)的水平余量，e 、 e12、 e13……^為葉盆長(zhǎng)度方向上11、 12、 13……IF各點(diǎn)的水平余量?！?、 A21、 A3I……A^為 葉背高度方向上ll、 21、 31……Al各點(diǎn)的水平余量，△ 、 A12、 A13A^為葉 背長(zhǎng)度方向上ll、 12、 13……1B各點(diǎn)的水平余量。^為葉盆型面采樣點(diǎn)的水平余 量，A,b為葉背型面采樣點(diǎn)的水平余量。圖6中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)標(biāo)號(hào)2與圖1中標(biāo)號(hào)與名稱(chēng)一致，P!與圖4中名稱(chēng)一致，L0、 L!與圖2中名稱(chēng)一致，O卜陰極在平面P,上的截面中心，S、工具陰極直線進(jìn)給距 離V,t后在平面P,上的截面中心，P2、通過(guò)點(diǎn)S且與葉輪軸線垂直的平面，02、陰極在平面P2上旋轉(zhuǎn)微小角度V2t后在平面P,上的截面中心，Q2、與02在同一條平行于Y軸的直線上且在平面P2上的葉背型面上的點(diǎn)，Q,、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)微小角度V3t后點(diǎn)Q2的位置，12、葉背型面在平面P2上的截面線，13、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)微小角 度V3t后截面線12的位置圖7中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)標(biāo)號(hào)2與圖1中標(biāo)號(hào)與名稱(chēng)一致，標(biāo)號(hào)12與圖6中標(biāo)號(hào)與 名稱(chēng)一致，LS02、陰極繞L,旋轉(zhuǎn)微小角度V2t的弧長(zhǎng)(可用對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)代替)，LQ1Q2、 葉輪毛坯繞自身軸線旋轉(zhuǎn)微小角度V3t的弧長(zhǎng)(可用對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)代替，并可認(rèn)為與 Lso2共線)，0R、葉輪毛坯的旋轉(zhuǎn)中心，R、點(diǎn)Q2的旋轉(zhuǎn)半徑，0r、陰極的旋轉(zhuǎn)中 心，r、點(diǎn)S的旋轉(zhuǎn)半徑，0、葉輪的葉根圓周。圖8中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)0卜S、 02、 Q卜Q(chēng)2與圖6中名稱(chēng)一致，C、采樣點(diǎn)的電解加 工間隙、Aab、采樣點(diǎn)的水平余量。
具體實(shí)施方式
如圖1、 2所示，加工時(shí)，整體葉輪毛坯(陽(yáng)極)7接電源9的正極，工具電極 (陰極)2接電源9的負(fù)極。工具陰極2在機(jī)床平移臺(tái)1的控制下沿直線U以速度 Vi直線進(jìn)給，陰極旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置5帶動(dòng)工具陰極2繞直線L！旋轉(zhuǎn)，于是工具陰極2 實(shí)現(xiàn)了同時(shí)沿直線U以速度V,直線進(jìn)給和繞直線L！以角速度V2旋轉(zhuǎn)。葉輪毛坯 7以一定的角速度V3繞自身軸線U旋轉(zhuǎn)，工具陰極2和葉輪毛坯7不斷進(jìn)給，并 保持很小的間隙(0.5mm左右)。溫控儀控制加熱器對(duì)電解液進(jìn)行加熱，并保持恒 溫，電解液進(jìn)入過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，經(jīng)由管道進(jìn)入加工區(qū)。具有一定壓力的電解液從進(jìn)液口管接頭3中流入，從工具陰極2的縫隙中高速流出，不斷帶走電解產(chǎn)物并帶 來(lái)新鮮的電解液，保證電解加工的穩(wěn)定進(jìn)行。隨著工具陰極2和葉輪毛坯7的不斷 進(jìn)給，葉輪毛坯材料不斷被蝕除，最后加工出整體葉輪的葉間通道，加工余量小且 均勻性良好。停止供液，退出工具陰極2，對(duì)葉輪毛坯7旋轉(zhuǎn)分度(角度9 =360° /葉片數(shù)量)，重復(fù)上述步驟，直至加工出全部的葉間通道。 當(dāng)采用多個(gè)電極同時(shí)加工時(shí)，方法與上述類(lèi)似。 下面結(jié)合圖l、 2、 3、 4、 5、 6、 7，詳細(xì)說(shuō)明本方法的實(shí)施過(guò)程
1、 參考圖2、 3，定義葉輪軸線方向?yàn)檎w葉輪電解加工系統(tǒng)的坐標(biāo)系的Z軸 方向，電極在準(zhǔn)備加工時(shí)的軸線方向?yàn)樵撟鴺?biāo)系的X軸方向，根據(jù)笛卡爾直角坐標(biāo) 系確定Y軸方向。
(1) 、準(zhǔn)備加工時(shí)，水平電極軸線的延長(zhǎng)線與葉輪毛坯軸線Lo垂直相交，即沿 葉輪毛坯半徑方向，并置于葉輪毛坯的上方，水平電極端部與U的距離 d=:^t + 5，其中Do為整體葉輪的直徑，L為葉片長(zhǎng)度，S為電極端部的電解加
工間隙；
(2) 、根據(jù)需要采用下歪的一種或幾種運(yùn)動(dòng)方式復(fù)合，實(shí)現(xiàn)整體葉輪電解加工
① 、水平陰極直線進(jìn)給水平陰極以速度V,沿葉輪毛坯軸線Lo做直線進(jìn)給；
② 、水平陰極旋轉(zhuǎn)進(jìn)給水平陰極以角速度V2繞一條與葉輪毛坯軸線Lo平行
的直線L,旋轉(zhuǎn)，直線"通過(guò)電極端部，其中l(wèi)w與U的距離為d， L!為工具陰極的 旋轉(zhuǎn)軸；
③ 、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給葉輪毛坯以角速度V3繞自身軸線U旋轉(zhuǎn)。
2、 參考圖4，定義葉輪毛坯軸線方向?yàn)槿~片高度方向；葉輪毛坯半徑方向?yàn)槿~ 片長(zhǎng)度方向；
第一歩，工具陰極沿葉輪軸線U直線進(jìn)給同時(shí)繞直線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸 線Lo旋轉(zhuǎn)，以加工第一葉片的葉背型面，該步驟中V, 、 V2 、 V3均不為0;
第二歩，工具陰極繞自身軸線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸線U旋轉(zhuǎn)，以加工第二 葉片的葉盆型面，該步驟中V,K)， V2 、 V3不為0;
第三歩，工具陰極沿葉輪軸線Lo直線進(jìn)給同時(shí)繞直線Li旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸 線U旋轉(zhuǎn)，以加工第二葉片的葉盆型面，該步驟中Vt 、 V2 、 V3均不為0;
11第四歩，工具陰極繞自身軸線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸線Lo旋轉(zhuǎn)，以加工第一 葉片的葉背型面，該歩驟中V,i， V2 、 V3不為0;
重復(fù)一、二、三、四步，直至加工結(jié)束，并根據(jù)需要采取重復(fù)次數(shù)獲得最佳的 加工效果。
3、參考圖5，在加工過(guò)程中避免過(guò)切并保證具有一定的水平余量，該水平余量為葉 片型面沿Y軸方向的余量。
在葉背型面取高度X長(zhǎng)度方向A XB個(gè)采樣點(diǎn)，Aab表示葉背各點(diǎn)水平余量， 其中a小于等于A， b小于等于B。
在葉盆型面取高度X長(zhǎng)度方向EXF個(gè)采樣點(diǎn)，e ef表示葉盆各點(diǎn)水平余量， 其中e小于等于E， f小于等于F。
判優(yōu)準(zhǔn)則I :利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第一歩中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；
判優(yōu)準(zhǔn)則II:利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第二歩中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；
判優(yōu)準(zhǔn)則III:利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均
勻，來(lái)確定第三歩中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；
判優(yōu)準(zhǔn)則IV:利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均
勻，來(lái)確定第四步中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；
判優(yōu)準(zhǔn)則V:利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背高度方向上各點(diǎn)水平余量分布均
勻，同時(shí)利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆高度方向上各點(diǎn)水平余量分布均勻，進(jìn)一步 確定完整加工過(guò)程中各歩驟之間具體速度大小的關(guān)系。
I 1、
上述優(yōu)化算法為均方差算法，即7 = \^-^蕓C，在本方法中，N為
采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，x,為采樣點(diǎn)的水平余量，C為設(shè)定的常數(shù)。
4、參考圖6、 7、 8，在微小范圍內(nèi)，將復(fù)合運(yùn)動(dòng)看成依次進(jìn)給，順序?yàn)殛帢O 直線進(jìn)給、陰極旋轉(zhuǎn)進(jìn)給、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，任意點(diǎn)葉背水平余量Aab的計(jì)算方
式如下
(1)、取一個(gè)平行于葉輪毛坯軸線的平面Pp該平面垂直于直角坐標(biāo)系的X軸，且陰極穿過(guò)該平面，記陰極在平面P,上橫截面中心為0 1;
(2) 、陰極直線進(jìn)給時(shí)陰極沿葉輪毛坯軸線方向直線進(jìn)給距離V!t，此時(shí)陰 極在平面P,上的橫截面中心記為S;
(3) 、陰極旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時(shí)記通過(guò)點(diǎn)S且與葉輪軸線垂直的平面為P2，陰極在平 面P2上旋轉(zhuǎn)微小角度V2t后，此時(shí)陰極在平面P,上的橫截面中心記為02，點(diǎn)S的 旋轉(zhuǎn)半徑記為r且已知，LS02的長(zhǎng)度為rV2t;
(4) 、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時(shí)在平面P2上且與02在同一條平行于Y軸的直線 上的葉背型面上的點(diǎn)記為Q2，記點(diǎn)Q2在葉輪旋轉(zhuǎn)微小角度V3t之后為Qi,該旋轉(zhuǎn) 半徑為記為R,且己知，LQ!Q2的長(zhǎng)度為RV3t;
(5) 、在微小范圍內(nèi)，點(diǎn)S、 02、 Q卜Q(chēng)2可認(rèn)為位于同一條直線上，L01S、 L01q
2、 LsQ2形成以Lo,Q2為斜邊的直角三角形，其中Lo,Q2己知；
(6) 、 Lq102=^/L0iQ22-(L。1s) -L0'q2-LS02= #01022 -(V,t) - (RV3t+rV2t);
(7) 、 Aab=LQ102-C，其中C為采樣點(diǎn)的電解加工間隙 葉盆各采樣點(diǎn)的水平余量^的計(jì)算方式與上述方式類(lèi)似。
1權(quán)利要求
1、一種整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟(1)、準(zhǔn)備加工時(shí)，水平電極軸線的延長(zhǎng)線與葉輪毛坯軸線L0垂直相交，即沿葉輪毛坯半徑方向，并置于葉輪毛坯的上方，水平電極端部與L0的距離其中D0為整體葉輪的直徑，L為葉片長(zhǎng)度，δ為電極端部的電解加工間隙；定義葉輪軸線方向?yàn)檎w葉輪電解加工系統(tǒng)的坐標(biāo)系的Z軸方向，電極在準(zhǔn)備加工時(shí)的軸線方向?yàn)樵撟鴺?biāo)系的X軸方向，根據(jù)笛卡爾直角坐標(biāo)系確定Y軸方向；(2)、根據(jù)需要采用下述的一種或幾種運(yùn)動(dòng)方式復(fù)合，實(shí)現(xiàn)整體葉輪電解加工①、水平陰極直線進(jìn)給水平陰極以速度V1沿葉輪毛坯軸線L0做直線進(jìn)給；②、水平陰極旋轉(zhuǎn)進(jìn)給水平陰極以角速度V2繞一條與葉輪毛坯軸線L0平行的直線L1旋轉(zhuǎn)，直線L1通過(guò)電極端部，其中L1與L0的距離為d，L1為工具陰極的旋轉(zhuǎn)軸；③、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給葉輪毛坯以角速度V3繞自身軸線L0旋轉(zhuǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特 征在于具體空間軌跡為定義葉輪毛坯軸線方向?yàn)槿~片高度方向；葉輪毛坯半徑方向?yàn)槿~片長(zhǎng)度方向； 第一步，工具陰極沿葉輪軸線U直線進(jìn)給同時(shí)繞直線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸 線Lo旋轉(zhuǎn)，以加工第一葉片的葉背型面，該步驟中V, 、 V2 、 V3均不為0;第二歩，工具陰極繞自身軸線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸線U旋轉(zhuǎn)，以加工第二葉片的葉盆型面，該歩驟中V,-0， V2 、 V3不為0;第三步，工具陰極沿葉輪軸線L。直線進(jìn)給同時(shí)繞直線L!旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸線Lo旋轉(zhuǎn)，以加工第二葉片的葉盆型面，該步驟中V, 、 V2 、 V3均不為0;第四步，工具陰極繞自身軸線L,旋轉(zhuǎn)、葉輪繞自身軸線U旋轉(zhuǎn)，以加工第一葉片的葉背型面，該步驟中V,-O， V2 、 V3不為0;重復(fù)一、二、三、四步，直至加工結(jié)束，并根據(jù)需要采取重復(fù)次數(shù)獲得最佳的加工效果。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特 征在于在加工過(guò)程中避免過(guò)切并保證具有一定的水平余量，該水平余量為葉片型 面沿Y軸方向的余量。在葉背型面取高度X長(zhǎng)度方向A XB個(gè)采樣點(diǎn)，Aab表示葉背各點(diǎn)水平余量，其中a小于等于A， b小于等于B;在葉盆型面取高度X長(zhǎng)度方向EXF個(gè)采樣點(diǎn)，^表示葉盆各點(diǎn)水平余量，其中e小于等于E， f小于等于F;判優(yōu)準(zhǔn)則I :利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第一步中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則II:利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第二步中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則III:利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，來(lái)確定第三歩中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則IV:利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)水平余量分布均勻，來(lái)確定第四歩中速度V1 、 V2 、 V3關(guān)系；判優(yōu)準(zhǔn)則V:利用優(yōu)化算法使第一葉片葉背高度方向上各點(diǎn)水平余量分布均 勻，同時(shí)利用優(yōu)化算法使第二葉片葉盆高度方向上各點(diǎn)水平余量分布均勻，進(jìn)一步 確定完整加工過(guò)程中各歩驟之間具體速度大小的關(guān)系。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于上述優(yōu)化算法為均方差算法，即^ = ^^-^蕓C，在本方法， N-l中，N為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，Xi為采樣點(diǎn)的水平余量，C為設(shè)定的常數(shù)。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，其特征在于在微小范圍內(nèi)，將復(fù)合運(yùn)動(dòng)看成依次進(jìn)給，順序?yàn)殛帢O直線進(jìn)給、陰極旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，任意點(diǎn)葉背水平余量Aab的計(jì)算方式如下(1) 、取一個(gè)平行于葉輪毛坯軸線的平面P,，該平面垂直于直角坐標(biāo)系的X軸， 且陰極穿過(guò)該平面，記陰極在平面P,上橫截面中心為0 1;(2) 、陰極直線進(jìn)給時(shí)陰極沿葉輪毛坯軸線方向直線進(jìn)給距離Vlt，此時(shí)陰 極在平面P,上的橫截面中心記為S;(3) 、陰極旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時(shí)記通過(guò)點(diǎn)S且與葉輪軸線垂直的平面為P2，陰極在平 面P2上旋轉(zhuǎn)微小角度V2t后，此時(shí)陰極在平面P,上的橫截面中心記為02，點(diǎn)S的旋轉(zhuǎn)半徑記為r且已知，LS02的長(zhǎng)度為rV2t;(4) 、葉輪毛坯旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時(shí)在平面P2上且與02在同一條平行于Y軸的直線 上的葉背型面上的點(diǎn)記為Q2，記點(diǎn)Q2在葉輪旋轉(zhuǎn)微小角度V3t之后為Qi，該旋轉(zhuǎn) 半徑為記為R，且己知，LQ1Q2的長(zhǎng)度為RV3t;(5) 、在微小范圍內(nèi)，點(diǎn)S、 02、 Q,、 Q2可認(rèn)為位于同一條直線上，L0IS、 L01Q2、 LsQ2形成以Lo,Q2為斜邊的直角三角形，其中Lo,Q2已知；(6) 、 LQ102 L0IQ22_(L01S) -LQ1Q2—LS02= VLoiQ22 -(vit) - (RV3t+rV2t);(7) 、 Aab=LQ102-;，其中；為采樣點(diǎn)的電解加工間隙； 葉盆各采樣點(diǎn)的水平余量&的計(jì)算方式與上述方式類(lèi)似。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種整體葉輪電解加工工具電極的空間軌跡優(yōu)化方法，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。加工時(shí)工具電極沿整體葉輪毛坯軸線方向以一定的速度V₁直線進(jìn)給，并繞一條與葉輪毛坯軸線平行的直線以一定的角速度V₂旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，葉輪毛坯繞自身軸線以一定的角速度V₃旋轉(zhuǎn)。加工時(shí)，工具電極接電源負(fù)極，葉輪毛坯接電源正極，電解液從工具電極的一端流入，從電極的縫隙中高速流出，葉輪毛坯不斷被蝕除，最后加工出接近成型的葉間通道?？筛鶕?jù)具體情況選擇V₁、V₂、V₃的組合，根據(jù)本發(fā)明的速度判優(yōu)準(zhǔn)則，優(yōu)化了工具電極的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，加工出的葉間通道余量小且均勻性良好。本方法亦適用于多個(gè)電極同時(shí)加工，加工效率可大幅度提高。
文檔編號(hào)B23H3/00GK101502900SQ20091002590
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者嘉 劉, 慶 徐, 荻 朱, 李寒松 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)