基于五軸無(wú)干涉刀軸控制線的葉輪加工刀軸矢量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于五軸無(wú)干涉刀軸控制線的葉輪加工刀軸矢量控制方法，用于解決現(xiàn)有葉輪加工刀軸矢量控制方法所加工葉輪質(zhì)量差的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是通過(guò)生成刀軸選擇邊界，確定刀軸控制線所在的投影曲面，沿進(jìn)、排氣邊切向擴(kuò)大待加工葉片偏置面，構(gòu)造五軸無(wú)干涉刀軸控制線，確定任意刀位點(diǎn)的刀軸矢量。由于實(shí)現(xiàn)從進(jìn)氣邊到排氣邊刀軸與葉輪回轉(zhuǎn)軸的夾角變化單調(diào)且均勻，同時(shí)繞回轉(zhuǎn)軸的刀軸擺動(dòng)變化最小，刀軸繞葉輪回轉(zhuǎn)軸的角度變化最小，實(shí)現(xiàn)五軸加工中，機(jī)床的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)均勻且緩慢；通過(guò)刀軸控制線能夠完成整個(gè)葉片型面多軸加工，實(shí)現(xiàn)整個(gè)葉輪葉片曲面的無(wú)干涉刀軸矢量確定，方法簡(jiǎn)單；同時(shí)避免刀軸全局干涉，提高了所加工葉輪的質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】基于五軸無(wú)干涉刀軸控制線的葉輪加工刀軸矢量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種葉輪加工刀軸矢量控制方法，特別是涉及一種基于五軸無(wú)干涉刀軸控制線的葉輪加工刀軸矢量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代國(guó)防、能源及其它民用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的采用葉輪類零件，典型的例子如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪等，實(shí)現(xiàn)此類零件的高效精密數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)制造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要表現(xiàn)形式之一。
[0003]隨著設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)及數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，利用先進(jìn)的五軸數(shù)控機(jī)床，在機(jī)床的工作行程內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)三維空間任意位置刀軸的擺動(dòng)。通過(guò)合理選擇刀軸，能夠滿足大部分多軸加工任務(wù)的需求。但是，如果刀軸矢量選擇不合適，會(huì)造成切削過(guò)程中，刀軸矢量變化劇烈，使得機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生較大的角速度、角加速度，甚至出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的“反轉(zhuǎn)”。很多工程實(shí)踐表明，這些劇烈變化，會(huì)嚴(yán)重影響加工表面的質(zhì)量，如出現(xiàn)“魚鱗狀”凹坑等質(zhì)量差的加工表面，從而在很大程度上限制了高精度多軸數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用。這些矛盾在切削加工整體結(jié)構(gòu)件的過(guò)程中尤為顯著。
[0004]葉輪結(jié)構(gòu)具有其特點(diǎn):葉片進(jìn)氣邊基本與葉輪回轉(zhuǎn)軸垂直，而排氣邊基本與回轉(zhuǎn)軸平行，沿流道從進(jìn)氣邊到排氣邊，葉片的徑向由與葉輪回轉(zhuǎn)軸基本垂直逐漸過(guò)渡到與回轉(zhuǎn)軸基本平行。傳統(tǒng)的葉輪葉片型面半精銑、精銑刀軸控制方法是:使得刀軸在局部進(jìn)給坐標(biāo)系下的前傾角及側(cè)偏角為恒定值，不同結(jié)構(gòu)、尺寸的葉輪采取不同的前傾角、側(cè)偏角，刀軸極易發(fā)生干涉，甚至需要分區(qū)域規(guī)劃刀軸?？梢园l(fā)現(xiàn)，采取這種刀軸控制方式，數(shù)控編程工作量大，并且不能保證無(wú)干涉前提下刀軸矢量變化較小，也就不能保證加工中數(shù)控機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸變化較小，往往導(dǎo)致葉片局部區(qū)域由于刀軸矢量變化劇烈，產(chǎn)生“魚鱗狀”加工表面，嚴(yán)重影響葉片的半精加工、精加工質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有葉輪加工刀軸矢量控制方法所加工的葉輪質(zhì)量差的不足，本發(fā)明提供一種基于五軸無(wú)干涉刀軸控制線的葉輪加工刀軸矢量控制方法。該方法通過(guò)生成刀軸選擇邊界，確定刀軸控制線所在的投影曲面，沿進(jìn)、排氣邊切向擴(kuò)大待加工葉片偏置面，構(gòu)造五軸無(wú)干涉刀軸控制線，確定任意刀位點(diǎn)的刀軸矢量。由于實(shí)現(xiàn)從進(jìn)氣邊到排氣邊刀軸與葉輪回轉(zhuǎn)軸的夾角變化單調(diào)且均勻，同時(shí)繞回轉(zhuǎn)軸的刀軸擺動(dòng)變化最小；通過(guò)刀軸控制線能夠完成整個(gè)葉片型面多軸加工，同時(shí)避免刀軸全局干涉，可以提高所加工葉輪的質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于五軸無(wú)干涉刀軸控制線的葉輪加工刀軸矢量控制方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟:
[0007]步驟一、將待加工葉型面、通道對(duì)側(cè)葉型面以及內(nèi)輪轂面向通道側(cè)偏置相應(yīng)尺寸Δ, Λ =球頭刀半徑r+為后續(xù)加工預(yù)留的加工余量δ。
[0008]步驟二、將外輪轂面向外偏置一距離d，作為刀軸控制線所在的投影曲面。d取葉輪葉片懸長(zhǎng)平均值L的2/3。
[0009]步驟三、沿進(jìn)、排氣邊切向擴(kuò)大待加工葉片偏置面；根據(jù)葉輪結(jié)構(gòu)，指定進(jìn)、排氣邊處刀軸擺刀平面與回轉(zhuǎn)軸的夾角分別為βρ βη;過(guò)葉根線的起始點(diǎn)作相應(yīng)的擺刀平面，并裁剪偏置曲面。
[0010]步驟四、構(gòu)造五軸無(wú)干涉刀軸控制線。
[0011]Stepl.在葉尖線上按等弧長(zhǎng)提取η個(gè)葉尖點(diǎn)。
[0012]Step2.過(guò)葉尖點(diǎn)作擺刀平面。取葉輪回轉(zhuǎn)軸上任意一點(diǎn)，作為所有擺刀平面的參考點(diǎn)。從進(jìn)氣邊到排氣邊，第i個(gè)擺刀平面與回轉(zhuǎn)軸的夾角為Ji =(Ι-ti) β i+ti β n, ti = (1-ι) / (η-1)，i = 1，2，3，...，η。第 i 個(gè)擺刀平面的法矢為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于五軸無(wú)干涉刀軸控制線的葉輪加工刀軸矢量控制方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、將待加工葉型面、通道對(duì)側(cè)葉型面以及內(nèi)輪轂面向通道側(cè)偏置相應(yīng)尺寸Λ，Δ =球頭刀半徑r+為后續(xù)加工預(yù)留的加工余量δ ； 步驟二、將外輪轂面向外偏置一距離山作為刀軸控制線所在的投影曲面；(1取葉輪葉片懸長(zhǎng)平均值L的2/3; 步驟三、沿進(jìn)、排氣邊切向擴(kuò)大待加工葉片偏置面；根據(jù)葉輪結(jié)構(gòu)，指定進(jìn)、排氣邊處刀軸擺刀平面與回轉(zhuǎn)軸的夾角分別為βρ βη;過(guò)葉根線的起始點(diǎn)作相應(yīng)的擺刀平面，并裁剪偏置曲面； 步驟四、構(gòu)造五軸無(wú)干涉刀軸控制線； Stepl.在葉尖線上按等弧長(zhǎng)提取η個(gè)葉尖點(diǎn)； Step2.過(guò)葉尖點(diǎn)作擺刀平面；取葉輪回轉(zhuǎn)軸上任意一點(diǎn)，作為所有擺刀平面的參考點(diǎn)；從進(jìn)氣邊到排氣邊，第i個(gè)擺刀平面與回轉(zhuǎn)軸的夾角為Ai = (1-ti)β ti β n, ti = (1-1) / (η-1), i = I, 2, 3,, η ；第 i 個(gè)擺刀平面的法矢為:
【文檔編號(hào)】B23Q15/12GK103433804SQ201310379304
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】任軍學(xué), 李祥宇, 田榮鑫, 姚倡鋒, 林謙, 李珊珊, 曾婧雯, 祝起凡, 楊俊
申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)