一種整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法，包括步驟：根據(jù)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的幾何形狀和工藝參數(shù)，分別生成葉片的粗銑和精銑刀位軌跡源文件；對(duì)生成的粗銑刀路文件進(jìn)行提取靠近葉片的K道刀路，并重新排列，以使粗銑刀路繞葉片加工；對(duì)生成的精銑刀路文件分別提取刀路的精銑部分和半精銑部分，形成半精-精銑刀路文件；對(duì)新粗銑刀路文件和生成的半精-精銑刀路文件進(jìn)行變進(jìn)給操作；對(duì)獲得的粗、半精-精銑刀路進(jìn)行分層；以及將分層后的粗、半精-精銑刀路文件經(jīng)路徑延伸、刀具移動(dòng)和圓弧插補(bǔ)，并通過(guò)不同轉(zhuǎn)速控制后，生成一個(gè)完整的粗-半精-精銑混合路徑刀路文件。本發(fā)明的方法能夠大幅提高葉片的加工剛度，尤其是葉片頂端，消除加工顫振，提高葉片加工質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)械加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種對(duì)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，航空航天、造船、汽車(chē)、能源與冶金等工業(yè)蓬勃發(fā)展，作為其關(guān)鍵部件的整體葉輪，正得到廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)械部件精度的要求不斷提高，大懸伸、窄流道整體葉輪的需求也日益增多，其質(zhì)量直接影響空氣動(dòng)力學(xué)性能和機(jī)械效率，而這類(lèi)葉輪的葉片加工剛度相對(duì)較弱，歷來(lái)是加工的難點(diǎn)，尤其是葉片的精加工部分。目前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家企業(yè)可以加工整體葉輪，而且工藝水平距國(guó)際先進(jìn)水平尚有較大差距，因此研究高性能葉輪加工技術(shù)勢(shì)在必行。
[0003]傳統(tǒng)上對(duì)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的加工，大多是先進(jìn)行整體粗加工，再考慮精加工部分的工藝技術(shù)研究，或分層精加工，或加填充材料，提高葉片加工過(guò)程中的剛性，以獲得良好加工表面。然而，這樣的加工方法并不能達(dá)到理想的效果，分層精加工沒(méi)有從根本上解決葉片剛性差的問(wèn)題，自然加工效果不盡如人意，而加持填充材料的辦法，雖在葉片剛度上得到提高，加工效果也較理想，但填充材料的過(guò)程較繁瑣，大大降低了整體葉輪的加工效率，進(jìn)而加大了加工成本，綜合效果不太令人滿(mǎn)意。所以亟需尋求一種高效、高性能的葉片精加工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，以提高整體葉輪葉片的加工剛度，減小顫振，并獲得良好加工表面。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種對(duì)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，該方法包括下列步驟:
[0006](I)根據(jù)整體葉輪葉片的幾何形狀和工藝參數(shù)，分別生成葉片粗銑和精銑的刀位軌跡源文件，所述精銑包含半精銑部分；
[0007](2)對(duì)生成的葉片粗銑刀位軌跡源文件，根據(jù)設(shè)置的切削余量T提取靠近葉片的最后k道刀路，其中提取道數(shù)k自定，形成新粗銑刀位軌跡源文件；
[0008](3)對(duì)步驟(2)形成的新粗銑刀位軌跡源文件進(jìn)行刀路重新排列，使CAM軟件規(guī)劃的粗銑刀位點(diǎn)能環(huán)繞葉片進(jìn)行加工；
[0009](4)對(duì)步驟(I)生成的包含半精銑部分的精銑刀位軌跡源文件，將刀路的精銑部分和半精銑部分分別提取出來(lái)，并按照加工先后順序?qū)Φ堵沸畔⑦M(jìn)行排序，形成半精-精銑刀路文件；
[0010](5)對(duì)步驟(3)重新排列后的粗銑刀路進(jìn)行變進(jìn)給操作，使進(jìn)給率隨葉片銑削剛度的變強(qiáng)而逐層按比例遞增，同時(shí)對(duì)最后P層加工進(jìn)行減速操作，其中減速層數(shù)P自定；[0011](6)同樣，對(duì)步驟(4)生成的半精-精銑刀路文件進(jìn)行變進(jìn)給操作，方法與步驟(5)相同；
[0012](7)對(duì)步驟(6)變進(jìn)給后的半精-精銑刀路文件進(jìn)行刀路分層，層數(shù)根據(jù)整體葉輪葉片的懸伸長(zhǎng)度、剛度和原精銑刀路pass數(shù)合理設(shè)定，該分層操作是均勻分層過(guò)程，即可獲取分層后各層的最后一道刀路的刀位信息；
[0013](8)對(duì)步驟(5)變進(jìn)給后的新粗銑刀位軌跡源文件，根據(jù)步驟(7)的半精-精銑刀路分層數(shù)和半精-精銑各層最后一道刀路的刀位信息，進(jìn)行分層，層數(shù)與半精-精銑層數(shù)相同，同時(shí)各層的最后一道粗銑刀路刀位點(diǎn)位置信息中z值的平均值低于最后一道半精-精銑刀路刀位點(diǎn)位置信息中z值的平均值某一差值8 ’ 6自定，以保證互不干涉為前提；
[0014](9)將步驟(7)和步驟(8)分層所得的半精-精銑刀路文件和粗銑刀路文件進(jìn)行路徑合成，按照各層由粗到精或半精的加工順序?qū)蓚€(gè)刀路文件融合成一個(gè)加工文件，合成過(guò)程中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的粗、精或半精銑轉(zhuǎn)換中刀具的路徑延伸及抬刀距離設(shè)定和圓弧插補(bǔ)操作，以保證刀具不與葉片或夾具發(fā)生干涉，以及分別設(shè)定粗銑和半精-精銑的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)粗、半精-精銑的不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換。
[0015]其中，所述粗銑刀路分層操作具體包括下列步驟:
[0016](i)根據(jù)上述步驟(7)中對(duì)半精-精銑刀路的分層數(shù)，依次計(jì)算各層最后一道精銑或半精銑刀路刀位點(diǎn)信息中的z值平均值；
[0017](ii)對(duì)上述步驟(5)變進(jìn)給后的新粗銑刀位軌跡源文件中最靠近葉片的粗銑刀路，依次計(jì)算各道刀路的刀位點(diǎn)z值平均值；
[0018](iii)根據(jù)自定的8值，結(jié)合上述步驟(i)和步驟(ii)的z值平均值計(jì)算值，得到各層最后一道粗銑刀路，實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟(4)形成的新粗銑刀位軌跡源文件進(jìn)行分層；
[0019]其中，所述粗-半精-精銑混合路徑生成操作具體包括下列步驟:
[0020](a)按照各層由粗到精或半精的加工順序?qū)⒋?、半?精銑兩個(gè)刀路文件融合成一個(gè)加工文件；
[0021](b)對(duì)步驟(a)生成的加工文件中，層內(nèi)及層間的粗銑與半精-精銑刀路轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行刀具移動(dòng)插補(bǔ)，采用刀路延伸、抬刀及圓弧插補(bǔ)方法，以避免刀具與葉片或夾具發(fā)生碰撞;
[0022](c)分別設(shè)定粗銑和半精-精銑的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中不同轉(zhuǎn)速的變換；
[0023](d)生成并輸出處理后的完整粗-半精-精銑混合路徑加工文件，經(jīng)后置處理后，用于大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的加工。
[0024]通過(guò)本發(fā)明的對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工路徑進(jìn)行粗-半精-精銑混合生成的方法，在整體葉輪葉片加工時(shí)，能在采用較多分層的情況下保證銑削大懸伸葉片時(shí)足夠強(qiáng)的加工剛度，由此減小甚至消除葉片的加工顫振，因而能獲得良好葉片加工表面，保證加工質(zhì)量合乎要求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合加工示意圖；
[0026]圖2為按照本發(fā)明的大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法的流程框圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。。
[0028]五軸機(jī)床NC加工程序由CAM軟件規(guī)劃刀路，再經(jīng)后置處理得到。在CAM軟件規(guī)劃刀路時(shí)，一般粗、精銑刀路是分開(kāi)生成的。在整體葉輪葉片的傳統(tǒng)加工過(guò)程中，也是先對(duì)葉片完成整體粗銑，再進(jìn)行葉片的精銑操作。這樣，在加工大懸伸、弱剛性的整體葉輪葉片時(shí)，當(dāng)完成整體粗銑后，由于精銑余量較小，此時(shí)葉片就變得相當(dāng)薄，剛性很差，葉片頂端易產(chǎn)生顫振，導(dǎo)致加工表面存在振紋，加工表面質(zhì)量變差，易產(chǎn)生廢品。為了改善這一加工缺陷，針對(duì)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片，可以采用粗-半精-精混合加工的方法，本發(fā)明提供一種粗-半精-精銑混合路徑生成方法，同時(shí)對(duì)整體葉輪葉片的剛度變化進(jìn)行變進(jìn)給加工。
[0029]整體葉輪葉片粗-半精-精銑混合路徑的生成，涉及粗、半精、精銑刀路文件的提取、解析、分層和插補(bǔ)。以某一大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的銑削為例，來(lái)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)這一混合路徑生成的方法。
[0030]CAM刀路規(guī)劃軟件生成的刀位文件刀位行格式一般為:G0T0/x，y, z, i, j, k。其中，x, y, z為加工坐標(biāo)系下的刀位點(diǎn)位置坐標(biāo)[X y z]T, i, j, k為其對(duì)應(yīng)的刀軸矢量[i j k]T。粗銑刀路的提取，以刀位軌跡源文件為基礎(chǔ)，根據(jù)粗銑道數(shù)進(jìn)行提取滿(mǎn)足條件的刀位行。
[0031]本實(shí)施例所采用的精銑方法，生成的精銑刀路文件中已包含了半精銑刀路，在進(jìn)行刀路分層前，需區(qū)分半精、精銑刀路，重新排列形成半精-精銑刀路文件。
[0032]粗、半精-精銑刀路的分層操作，其目的是在葉片銑削過(guò)程中，進(jìn)行由粗到半精-精的逐層銑削，以保證足夠的剛度。首先對(duì)半精-精銑刀路進(jìn)行分層，根據(jù)設(shè)定的精銑層數(shù)，對(duì)半精-精銑刀路均勻分層，各層最后一道精或半精銑刀路易獲得，進(jìn)而可獲得該
道刀路所有刀位行的z值，計(jì)算其平均值
【權(quán)利要求】
1.一種整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，該方法包括下列步驟: (1)根據(jù)整體葉輪葉片的幾何形狀和工藝參數(shù)，分別生成葉片粗銑和精銑的刀位軌跡源文件，所述精銑包含半精銑部分； (2)對(duì)生成的葉片粗銑刀位軌跡源文件，根據(jù)設(shè)置的切削余量T提取靠近葉片的最后k道刀路，其中提取道數(shù)k自定，形成新粗銑刀位軌跡源文件； (3)對(duì)步驟(2)形成的新粗銑刀位軌跡源文件進(jìn)行刀路重新排列，使CAM軟件規(guī)劃的粗銑刀位點(diǎn)能環(huán)繞葉片進(jìn)行加工； (4)對(duì)步驟(1)生成的包含半精銑部分的精銑刀位軌跡源文件，將刀路的精銑部分和半精銑部分分別提取出來(lái)，并按照加工先后順序?qū)Φ堵沸畔⑦M(jìn)行排序，形成半精-精銑刀路文件； (5)對(duì)步驟(3)重新排列后的粗銑刀路進(jìn)行變進(jìn)給操作，使進(jìn)給率隨葉片銑削剛度的變強(qiáng)而逐層按比例遞增，同時(shí)對(duì)最后P層加工進(jìn)行減速操作，其中減速層數(shù)P自定； (6)同樣，對(duì)步驟(4)生成的半精-精銑刀路文件進(jìn)行變進(jìn)給操作，方法與步驟(5)相同； (7)對(duì)步驟(6)變進(jìn)給后的半精-精銑刀路文件進(jìn)行刀路分層，層數(shù)根據(jù)整體葉輪葉片的懸伸長(zhǎng)度、剛度和原精銑刀路pass數(shù)設(shè)定，該分層操作是均勻分層過(guò)程，即可獲取分層后各層的最后一道刀路的刀位信息； (8)對(duì)步驟(5)變進(jìn)給后的新的粗銑刀位軌跡源文件，根據(jù)步驟(7)的半精-精銑刀路分層數(shù)和半精-精銑各層最后一道刀路的刀位信息，進(jìn)行分層，層數(shù)與半精-精銑層數(shù)相同，同時(shí)各層的最后一道粗銑刀路刀位點(diǎn)位置信息中z值的平均值低于最后一道半精-精銑刀路刀位點(diǎn)位置信息中z值的平均值某一差值S，該8值自定，以保證互不干涉為前提; (9)將上述步驟(7)和步驟(8)分層所得的半精-精銑刀路文件和粗銑刀路文件進(jìn)行路徑合成，按照各層由粗到精或半精的加工順序?qū)蓚€(gè)刀路文件融合成一個(gè)加工文件，合成過(guò)程中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的粗、精或半精銑轉(zhuǎn)換中刀具的路徑延伸及抬刀距離設(shè)定和圓弧插補(bǔ)操作，以保證刀具不與葉片或夾具發(fā)生干涉，以及分別設(shè)定粗銑和半精-精銑的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)粗、半精-精銑的不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求1所述的整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，其中，所述粗銑刀路分層操作具體包括下列步驟: (i)根據(jù)上述步驟(7)中對(duì)半精-精銑刀路的分層數(shù)，依次計(jì)算各層最后一道精銑或半精銑刀路刀位點(diǎn)信息中的z值平均值； (ii)對(duì)上述步驟(5)變進(jìn)給后的新粗銑刀位軌跡源文件中最靠近葉片的粗銑刀路，依次計(jì)算各道刀路的刀位點(diǎn)z值平均值； (iii)根據(jù)自定的8值，結(jié)合上述步驟(i)和步驟(ii)的z值平均值計(jì)算值，得到各層最后一道粗銑刀路，實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟(4)形成的新的粗銑刀位軌跡源文件進(jìn)行分層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，其中，所述粗-半精-精銑混合路徑生成操作具體包括下列步驟: (a)按照各層由粗到精或半精的加工順序?qū)⒋?、半?精銑兩個(gè)刀路文件融合成一個(gè)加工文件；(b)對(duì)步驟(a)生成的加工文件中，層內(nèi)及層間的粗銑與半精-精銑刀路轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行刀具移動(dòng)插補(bǔ)，采用刀路延伸、抬刀及圓弧插補(bǔ)方法，以避免刀具與葉片或夾具發(fā)生碰撞；(C)分別設(shè)定粗銑和半精-精銑的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中不同轉(zhuǎn)速的變換； Cd)生成并輸出處理后的完整粗-半精-精銑混合路徑加工文件，經(jīng)后置處理后，用于大懸伸、弱剛性整 體葉輪葉片的加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，其中，在所述步驟(9)之后，將獲得粗-半精-精銑混合路徑NC程序輸入五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，以執(zhí)行對(duì)大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的加工。
【文檔編號(hào)】G05B19/19GK103645674SQ201310628890
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】代星, 唐祥武, 丁漢, 鄢龍志, 嚴(yán)思杰, 張家軍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)