一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106843140A(43)申请公布日2017.06.13(21)申请号201611071724.0(22)申请日2016.11.28(71)申请人北京动力机械研究所地址100074北京市丰台区7208信箱2分箱(72)发明人孙晶罗远锋谷万龙宛春博邱文旺刘月萍(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人李爱英仇蕾安(51)Int.Cl.G05B19/19(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法(57)摘要本发明公开了一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法，包括以下步骤：步骤一、建立模型；步骤二、刀具选型；步骤三、分割加工区域；步骤四、重构叶型曲面；步骤五、计算刀心点；步骤六、计算刀轴矢量；步骤七、后置处理；本发明方法进行闭式叶轮的叶片精加工刀具轨迹规划，使精加工得到的刀痕沿流线方向，提高产品工作效率；另外采用小角度五轴插铣，大幅减少了刀具受径向分力导致的刀具变形，提高了叶片加工精度；可以使两端进刀加工产生的接刀痕更小。CN106843140ACN106843140A权利要求书1/1页1.一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立模型；获取闭式叶轮三维数字模型，以双3次张量积B样条曲面分别定义叶盆曲面为A、叶背曲面为B、内轮毂面为H、外轮毂面为S、前缘曲面为L、尾缘曲面为T；上述特征曲面构成一个基本通道单元；步骤二、刀具选型；分析最小容刀间隙，确定刀具几何尺寸，开敞性好的结构选用锥度球头铣刀或直柄球头铣刀，开敞性差的结构选用棒棒糖铣刀；步骤三、分割加工区域；在通道单元中部设定初始分界面，以分割进气边和出气边分别进刀加工的加工范围；步骤四、重构叶型曲面；步骤五、计算刀心点；根据闭式叶轮产品表面粗糙度要求，按照等参数法分别计算叶盆曲面A、叶背曲面B、内轮毂面H、外轮毂面S、前缘曲面L、尾缘曲面T上的一组u向参数线p(u)，相邻参数线之间的距离即为切削行距，利用德布尔算法的递推公式得出等参数点qi,j即为刀具切触点；切触点沿曲面法矢偏置刀具半精R即得到了刀心点Oi,j；步骤六、计算刀轴矢量；按如下公式计算每个切触点处的一阶导矢：其中，为参数点处的一阶导矢，为控制定点，Nj,2(u)为基函数；在与曲面法矢构成的平面Ω内，每个刀心点处旋转角度θ∈[5°,10°]的得到初始刀轴矢量；特征曲面沿每一个点的法矢正向移动一个刀具半径距离R，得到该曲面的等距面：ρ(u,v)＝p(u,v)+R·n；通过刀轴与曲面ρ(u,v)求交迭代运算进行刀具干涉检查，若存在交点ρ(u0,v0)，则Oi,j、与ρ(u0,v0)构成的平面Ω’内绕Oi,j旋转角度α，并代回求交迭代中，重复此过程直到确定一个旋转角度α0，使得刀轴与等距面ρ(u,v)不相交；获得所有刀轴矢量后，通过插值法对每条u向参数线上的刀轴矢量进行光顺；步骤七、后置处理；完成步骤五、步骤六后即得到了所有刀位数据，经后置处理生成NC代码后，应用五轴加工中心设备即可实现沿进气边到初始分界面或出气边到初始分界面方向的五轴小夹角插铣叶片加工；该刀具轨迹规划方法依次完成叶盆、叶背、内外轮毂及相应前尾缘的加工，且加工痕迹沿流线方向。2CN106843140A说明书1/5页一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法技术领域[0001]本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法。背景技术[0002]闭式叶轮被广泛应用于航空航天发动机压气机、涡轮、涡轮泵等部件中，传统工艺为焊接或铸造结构，随着技术的发展，越来越多的闭式叶轮才用整体数控加工技术，该项技术成为了航空航天天发动机制造中的关键技术，其中精加工刀具轨迹规划是其技术核心。航空行太难发动机中闭式叶轮材料通常为高温合金、钛合金或不锈钢等难加工材料，叶片曲面为直纹面或自由曲面，加工精度要求高，通常采用的方法为定轴铣加钳工抛修、单个曲面的五轴铣、将通道视为异形管道的五轴螺旋铣或等高铣。上述方法分别存在以下问题：加工效率低下、表面质量差；加工精度低、接刀痕高度过大；刀痕垂直于流线方向，降低了产品性能。发明内容[0003]有鉴于此，本发明提供了一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法，能够使得刀痕沿气流方向，提高表面质量和加工精度，降低中部接刀痕高度。[0004]实现本发明的技术方案如下：[0005]一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法，包括以下步骤：[0006]步骤一、建立模型；[0007]获取闭式叶轮三维数字模型，以双3次张量积B样条曲面分别定义叶盆曲面为A、叶背曲面为B、内轮毂面为H、外轮毂面为S、前缘曲面为L、尾缘曲面为T；上述特征曲面构成一个基本通道单元；[0008