一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，該方法將現(xiàn)有雙邊偏置的走刀方式改為垂直于葉輪軸向的走刀方式，且每條垂直于葉輪軸向的橫向切削路徑通過圓弧進退刀連接形成一個環(huán)形切削路徑，一層粗加工路徑由多個環(huán)形切削路徑組成。本發(fā)明通過合理規(guī)劃加工走刀路徑，縮短刀路總長度，解決了傳統(tǒng)整體葉輪開粗方法中存在的加工刀路冗余導致加工效率低的問題。
【專利說明】一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法。

【背景技術(shù)】
[0002]整體葉輪與裝配結(jié)構(gòu)的葉輪相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳熱性能好、可靠性高及重量輕等優(yōu)點，因而廣泛應用于各種高性能航空發(fā)動機中；但由于其幾何結(jié)構(gòu)及葉片曲面形狀較為復雜，加工難度較大，目前雖然能夠采用多軸聯(lián)動數(shù)控進行加工，但加工質(zhì)量差、效率低、加工成本高，制約了整體葉輪的使用。研究如何提高整體葉輪的數(shù)控加工質(zhì)量及效率的工作顯得尤為重要。整體葉輪粗加工中材料去除量很大，合理的設(shè)計粗加工方案，快速去除粗加工余量對提高整體葉輪的加工效率是很有意義的。目前通用的商用計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM)軟件的葉輪加工模塊中針對整體葉輪粗加工工藝，均采用了雙邊偏置的走刀方式。雙邊偏置的粗加工走刀方式在葉片扭曲較小、兩葉片間的流道寬度較為均勻時比較實用，但若葉片扭曲大、流道寬度大小變化劇烈時，這種走刀方式會在流道較窄的位置出現(xiàn)刀路冗余的情況，嚴重影響了葉輪的加工效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于通過一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，來解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0004]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其包括如下步驟:
[0006]S101、根據(jù)整體葉輪幾何形狀及粗加工工藝參數(shù)，采用CAM軟件生成整體葉輪粗加工的刀位軌跡源文件；
[0007]S102、設(shè)定環(huán)形走刀路徑的切寬ae ；
[0008]S103、對步驟SlOl中生成的刀位軌跡源文件依次進行逐行讀取和解析，以提取刀位軌跡源文件的全部切削路徑的刀位點信息；
[0009]S104、根據(jù)切寬ae將步驟SlOl中獲得的每條粗加工刀路分成多段，獲取對應的等分刀位點及其刀軸矢量；
[0010]S105、在每一層的兩條刀路上，對應的兩個等分刀位點之間通過圓弧插補獲得橫切刀路的刀位點，通過線性插值法獲得對應的刀軸矢量；
[0011]S106、針對每一層刀路，插入圓弧進退刀刀位點及對應的刀軸矢量；
[0012]S107、針對每一層刀路，連接橫切刀路及圓弧進退刀刀路，獲得環(huán)形走刀刀路，最終獲得整體葉輪粗加工環(huán)形走刀刀路。
[0013]特別地,所述步驟S104具體包括:
[0014]S1041、讀取每一條刀路中每一個刀位點信息，包括GOTO/語句中的前三項參數(shù)[xI Z]n，其中η表示該條切削路徑的第η個刀位點，以及后三項數(shù)據(jù):即第η個刀位點對應的刀軸矢量[i j k]n，其中ne [1，N]，N表示該條刀路中的刀位點個數(shù)；
[0015]S1042、首先將刀路的第一個刀位點[X y z]1設(shè)為該條刀路的第一個等分刀位點，然后計算第一個刀位點[X I Z]1中的Z軸坐標值Z1與第2~N個刀位點[X y Z]2~[X y冗^的Z軸坐標值的差值的絕對值，依次設(shè)為Λζ12、Λζ13、…Λ ζ1Ν，分別比較Λζ12、Λζ13^..八2?與步驟5102中切寬&6的大小，取最接近&6的AZls，se [2，N]，則獲得第二個等分刀位點為[X y z]s,然后計算第s個刀位點[X y z]s的Z軸坐標值Zs與第s+1~N個刀位點[X y z]s+1~[X y z]N的Z軸坐標值的差值的絕對值,依次設(shè)為Azs—s+1、Δ zs_s+2>...Δ zs—Ν，分別比較Azs s+1、Azs s+2、…八％』與步驟5102中切寬ae的大小，取最接近ae的Azsr, r e [s+1，N]，則獲得第三個等分刀位點為[X y Ζ]%同理，依次計算，直至獲得的等分刀位點為[X Y z]N后停止，最終獲得該條刀路上的所有等分刀位點及對應的刀軸矢量，設(shè)該條刀路上等分刀位點個數(shù)為M，每個等分刀位點的坐標及對應的刀軸矢量設(shè)為[Xf yf zf ifjf kfr，其中 t e [l，M]。
[0016]特別地，所述步驟S105具體包括:
[0017]S1051、讀取步驟S104中獲得的兩條刀路上對應的兩個等分刀位點，設(shè)同一層上的刀路I上的等分刀位點及對應的刀軸矢量為[Xfl yfl Zfl ifl jfl kfl]t，刀路2上的等分刀位點及對應的刀軸矢量為[xf2 yf2 zf2 if2 jf2 kf2]t，其中t e [I,Μ]；
[0018]S1052、插入橫切刀路的刀位點，具體包括:取步驟S1051中的兩個等分刀位點[xflyfi ZfJlP [xf2 yf2 ZfJt,由兩等分刀位點的等分原理可知,這兩等分刀位點的Z坐標Zfl和Zf2是近似相等,故假設(shè)其相等，即有刀位點[xfl yfl ZfJt和[xf2 yf2 zf2]1在XY平面上，同時兩個點[Xfl yfl]t和[χ? Yf2It是在垂直于Z軸的一個平面Z = Zfl或Z = Zf2上同一個圓弧上的兩個端點，該圓弧的半徑為

【權(quán)利要求】
1.一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 5101、根據(jù)整體葉輪幾何形狀及粗加工工藝參數(shù)，采用CAM軟件生成整體葉輪粗加工的刀位軌跡源文件； 5102、設(shè)定環(huán)形走刀路徑的切寬ae； 5103、對步驟SlOl中生成的刀位軌跡源文件依次進行逐行讀取和解析，以提取刀位軌跡源文件的全部切削路徑的刀位點信息； 5104、根據(jù)切寬ae將步驟SlOl中獲得的每條粗加工刀路分成多段，獲取對應的等分刀位點及其刀軸矢量； 5105、在每一層的兩條刀路上，對應的兩個等分刀位點之間通過圓弧插補獲得橫切刀路的刀位點，通過線性插值法獲得對應的刀軸矢量； 5106、針對每一層刀路，插入圓弧進退刀刀位點及對應的刀軸矢量； 5107、針對每一層刀路，連接橫切刀路及圓弧進退刀刀路，獲得環(huán)形走刀刀路，最終獲得整體葉輪粗加工環(huán)形走刀刀路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S104具體包括: 51041、讀取每一條刀路中每一個刀位點信息，包括GOTO/語句中的前三項參數(shù)[Xy z]n，其中η表示該條切削路徑的第η個刀位點，以及后三項數(shù)據(jù):即第η個刀位點對應的刀軸矢量[i j k]n,其中ne [1，N], N表示該條刀路中的刀位點個數(shù)； 51042、首先將刀路的第一個刀位點[Xy z]1設(shè)為該條刀路的第一個等分刀位點，然后計算第一個刀位點[X I Z]1中的Z軸坐標值Z1與第2?N個刀位點[X y Z]2?[X y Z]N的Z軸坐標值的差值的絕對值，依次設(shè)為Λζ12、Λζ13、吣八2?，分別比較八212、八213、…八2?與步驟5102中切寬&6的大小，取最接近&6的AZls，se [2，N]，則獲得第二個等分刀位點為[X y z]s,然后計算第s個刀位點[X y z]s的Z軸坐標值Zs與第s+1?N個刀位點[X y z]s+1?[X y z]N的Z軸坐標值的差值的絕對值,依次設(shè)為Azs—s+1、Δ zs_s+2>...Δ zs—Ν，分別比較Azs s+1、Azs s+2、…八％』與步驟5102中切寬ae的大小，取最接近ae的Azsr, r e [s+1，N]，則獲得第三個等分刀位點為[X y Ζ]%同理，依次計算，直至獲得的等分刀位點為[X Y z]N后停止，最終獲得該條刀路上的所有等分刀位點及對應的刀軸矢量，設(shè)該條刀路上等分刀位點個數(shù)為M，每個等分刀位點的坐標及對應的刀軸矢量設(shè)為[Xf yf zf ifjf kfr，其中 t e [l，M]。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S105具體包括: 51051、讀取步驟S104中獲得的兩條刀路上對應的兩個等分刀位點，設(shè)同一層上的刀路I上的等分刀位點及對應的刀軸矢量為[xfl yfl zfl ifl jfl kfl]t，刀路2上的等分刀位點及對應的刀軸矢量為[xf2 yf2 zf2 if2 jf2 kf2]t，其中t e [I,Μ]； 51052、插入橫切刀路的刀位點，具體包括:取步驟S1051中的兩個等分刀位點[Xflyflzfl ]1和[xf2 yf2 zf2 ]\由兩等分刀位點的等分原理可知,這兩等分刀位點的Z坐標zfl和zf2是近似相等,故假設(shè)其相等，即有刀位點[xfl yfl zfl]lP [xf2 yf2 平面上，同時兩個點[Xfl yfl]t和[χ? Yf2It是在垂直于Z軸的一個平面Z = Zfl或Z = zf2上同一個圓弧上的兩個端點，該圓弧的半徑為
在該圓弧上按等弧長方法插入S個點,其中，S取
的整數(shù)部分,設(shè)該S個點表示為[Xht yhtzflt]%其中，q e [1，S]； s1053、通過線性插值法獲得步驟S1052中得到的S個橫切刀路刀位點的刀軸矢量，具體包括:取步驟 S1051 中兩個等分點[xfl yfl zfl ifl jfl 1^]1及[xf2 yf2 zf2 if2 jf2 ^2Jt對應的刀軸矢量[ifl jfl kfl]t和[if2 jf2 kf2]t，設(shè)步驟S1052中獲得的橫切刀位點[xht yhtZflt]%對應的刀軸矢量為[iht jht kht]%其中qe [1，S]，設(shè)矢量c= [a b c?為未單位化的橫切刀位點[xht yht zfltr對應的刀軸矢量，則根據(jù)線性插值法，其計算公式為:
將矢量C進行單位化，獲得橫切刀位點[Xht yht Zfltr對應的刀軸矢量[iht jht kht]%計算公式為:
s1054、重復步驟S1051-S1053，直到獲得該層刀路上所有等分刀位點之間的橫切刀路的刀位點及刀軸矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S106具體包括: s1061、連接同一條刀路上的等分刀位點P[xfyf zf；HQ[xf yf Zf]^1,其中te [2，Μ],獲得線段PQ ;連接P與橫切刀位點H[xht yht Zflt]3,獲得線段PH ； s1062、在線段PQ與PH組成的夾角之間倒圓角，圓角半徑為0.5ae，圓弧交PQ于T1，交PH于T2 ;通過線性差值法獲得切點！\、T2的刀軸矢量； s1063、在圓弧T1T2上按照等弧長公式插入5個刀位點，并同理步驟S1053，通過線性差值法獲得對應刀位點處的刀軸矢量； 步驟S1064、重復步驟S1061-S1063，直至獲得該層上所有圓弧進退刀刀位點及對應的刀軸矢量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S107具體包括: s1071、連接橫切刀路及圓弧進退刀刀路，獲得環(huán)形刀路； s1072、按照步驟S1071的連接順序，依次連接該層上的所有環(huán)形刀路，最終獲得該層上的所有環(huán)形刀路，即整體葉輪粗加工環(huán)形走刀刀路。
【文檔編號】G05B19/4093GK104181865SQ201410432722
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】代星, 鄢龍志, 嚴思杰, 唐祥武, 丁漢 申請人:華中科技大學無錫研究院