离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法.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CN106292530A(43)申请公布日2017.01.04(21)申请号201610802268.6(22)申请日2016.09.05(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人樊宏周席光王伟(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人闵岳峰(51)Int.Cl.G05B19/19(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法(57)摘要本发明公开了一种离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法，该方法基于离心压缩机实体建模及五坐标加工工艺特性，设计不同类型的离心压缩机叶轮叶片进口前缘型线并优化获得最优的叶片进口前缘曲面；在粗加工阶段，以加工效率为主并考虑安全进刀、五坐标设备反向间隙等实现叶片进口前缘曲面与叶片压力面、吸力面的联合加工；在精加工阶段，以加工精度为主并考虑加工误差、叶片振动等实现叶片进口前缘曲面的扎铣加工。该方法联合数学建模与数控加工工艺，可实现离心压缩机叶轮叶片进口前缘曲面等面积大、厚度小、空间扭曲复杂零件的数控精密加工，大幅度地提高现代各装备行业动力设备精密加工的精度及效率。CN106292530ACN106292530A权利要求书1/1页1.离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将离心压缩机叶轮的叶片模型数据输入计算机，完成原始离心压缩机叶轮叶片造型；2)在步骤1)的基础上，以双三次非均匀有理B样条矩阵形式数值表示叶片；3)在步骤2)的基础上，沿法线方向加厚，获取实体叶片；4)获取实体叶片上表面进口前缘的几何特征及数据，从造型方面：设计圆弧、椭圆弧两种特征的进口前缘曲线；从材料去除方面：设计外延、内缩两种特征的进口前缘曲线；5)获取实体叶片下表面进口前缘的几何特征及数据，计算步骤4)中相对应的进口前缘曲线；6)计算流场及强度，选择步骤4)和步骤5)中相对应的最佳曲线，连接得到优化的目标进口前缘曲面；7)利用进口前缘曲面粗加工计算方法，实现目标进口前缘曲面的粗加工；8)利用进口前缘曲面精加工的扎铣算法，实现目标进口前缘曲面的精加工。2.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法，其特征在于，还包括步骤9)，对计算所得刀位轨迹进行后置处理，在五坐标数控机床完成加工。3.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法，其特征在于，步骤7)中，进口前缘曲面粗加工计算方法如下：701)定义δ为粗加工的允许误差，定义r为粗加工所用刀具半径；702)提取吸力面A1及压力面A2底线，定义其为粗加工刀位轨迹计算的基线；703)提取上述步骤6)优化设计所得进口前缘曲面的底线，定义其为粗加工刀位轨迹计算的另一条基线；704)各基线由叶片向外偏置距离δ+r，定义此偏置曲线为粗加工刀位轨迹曲线组；705)计算粗加工刀位轨迹曲线上至旋转主轴Z轴最近一点，并定义此点为粗加工刀位轨迹的起始点；706)以此起始点为界，按照吸力面A1及压力面A2两个方向分割刀位轨迹曲线组，得到两条从叶轮叶片进口到出口的粗加工刀位轨迹。4.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法，其特征在于，步骤8)中，进口前缘曲面精加工的扎铣算法如下：801)定义r1为精加工所用刀具半径，定义δ1为精加工允许加工误差；802)提取吸力面A1及压力面A2底线、优化设计所得进口前缘曲面的底线，定义其为精加工刀位轨迹计算的基线组；803)基线组由叶片向外偏置距离r1，定义此偏置曲线组为精加工刀位轨迹曲线组；804)结合刀具半径r1、精加工允许加工误差δ1及叶片进口前缘曲面几何特征，计算扎铣刀位轨迹线数量N；805)根据上述扎铣刀位轨迹线数量N，计算得到叶片进口曲面的N+1个子曲面；806)设置安全进刀、退刀位置；807)以吸力面A1与叶片进口前缘曲面交线为起始曲线，从叶片顶线处进刀、叶片底线处退刀，依次扎铣叶片进口前缘曲面的N+1个子曲面，直至以压力面A2与叶片进口前缘曲面交线的终止曲线；至此，完成整个叶片进口前缘曲面精加工。2CN106292530A说明书1/5页离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法技术领域：[0001]本发明属于机械加工领域，具体涉及一种离心叶轮叶片进口前缘的优化设计及加工方法。背景技术：[0002]作为航空航天、汽车船舶、石油化工等领域广泛采用的重要装备部件，离心压缩机的设计、优化及加工是这些领域装备动力性能的关键技术。这些装备产品的制造技术水平，是反应一个国家制造力水平的关键指标。[0003]空间扭曲的离心压缩机叶轮叶片组成的离心压缩机气流通道，能够在整个气流通过离心压缩