自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣高效粗加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102649178A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102649178A(43)申请公布日2012.08.29(21)申请号201210154241.2(22)申请日2012.05.17(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人樊宏周席光(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人徐文权(51)Int.Cl.B23C3/18(2006.01)G05B19/19(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书66页页附图附图33页(54)发明名称自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣高效粗加工方法(57)摘要本发明提供了一种自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣高效粗加工方法。首先，将自由曲面离心压气机叶轮的叶片实体模型数据输入计算机；接着以双三次非均匀有理B样条矩阵形式定义叶片的自由曲面为Ω1；然后提取自由曲面Ω1顶部及根部两条自由曲线形成直纹面A1；计算自由曲面Ω1和直纹面A1之间的最大空间距离ΔH1及直纹面A1指向自由曲面Ω1的法向量，并让直纹面A1沿此方向偏置距离ΔH1，得到直纹面A2；计算由直纹面A1、A2组成的带厚度的实体直纹面叶片A；将分流叶片数据输入计算机，计算带厚度的实体直纹面分流叶片SA；计算叶轮待粗加工气流通道，分割加工区域；计算不同高度处的加工区域，利用最大半径刀具、变刀轴矢量与固定刀轴矢量结合原则完成整个刀位轨迹、刀轴矢量的计算；针对五坐标数控机床进行后置处理，在五坐标数控机床实践加工。CN10264978ACN102649178A权利要求书1/2页1.自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣高效粗加工方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将自由曲面离心压气机叶轮的叶片实体模型数据输入计算机，完成原始自由曲面造型；2)以双三次非均匀有理B样条矩阵形式定义叶片的自由曲面为Ω1；3)提取自由曲面Ω1顶部及根部两条自由曲线形成直纹面A1；4)计算出自由曲面Ω1和直纹面A1之间的最大空间距离ΔH1及直纹面A1指向自由曲面Ω1的法向量n，并让直纹面A1沿此方向偏置距离ΔH1，得到直纹面A2；5)得到由直纹面A1、A2组成的带厚度的实体直纹面叶片A；6)将分流叶片数据输入计算机，按照上面步骤1）到步骤5）对分流叶片数据进行处理，得到带厚度的实体直纹面分流叶片SA；7)结合轮毂数据，得到由叶片、分流叶片、轮毂组成的叶轮待粗加工气流通道，然后按照分流叶片位置分为前面、左侧、右侧三个加工区域；8)逐步抬升轮毂曲面，与叶片、分流叶片相交得到不同高度处的加工区域，从上到下的使用最大半径刀具、变刀轴矢量与固定刀轴矢量结合来完成整个刀位轨迹、刀轴矢量的计算；9)针对所使用五坐标数控机床对计算所得刀位轨迹、刀轴矢量进行后置处理，在五坐标数控机床实践加工。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：定义自由曲面叶片Ω1由顶部到根部为v向、叶片进口到叶片出口为u向，自由曲面叶片Ω1用双三次非均匀有理B样条矩阵形式定义为：(0≤u≤1;0≤v≤1;i=1,2,...,n;j=1,2,...,m)2323T其中U=(1,u,u,u)；V=(1,v,v,v)；Nu和Nv是基函数；Pw为特征网络顶点；W为对应于Pw的加权因子；m、n分别为在U、V方向上组成自由曲面的点的个数；i、j为自由曲面上各点在U、V方向上的位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：自由曲面叶片上的流线用矩阵形式表示为：(0≤t≤1;i＝1,2,...,n)当j=1和j=m时，就可以从自由曲面Ω1中提出Ci，1(u)和Ci，m(u)作为叶片的叶顶和叶根自由曲线；根据Ci，1(u)和Ci，m(u)，定义目标直纹面叶片为A1，用矩阵形式表示为：A1(u,v)=vCi,1(u)+(1-v)Ci,m(u)；(0≤u≤1,0≤v≤1,i=1,2,...,n)其中从自由曲面叶片中提取的Ci，1(u)和Ci，m(u)就是直纹面叶片A1的基础型线。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：ΔH1为A1和Ω1之间的最大距离、d(i，j)为自由曲面Ω1上任意一点、D(i，j)为d(i，j)到直纹面A1的距离，则有2CN102649178A权利要求书2/2页D(i，j)=min|d(i，j)-A1|ΔH1=max(D(i，j))(i=1,2,...,n;j=1,2,...,m)进一步，将直纹面A1矩阵形式分解成X、Y、Z分量形式为：其中，X、Y、Z为空间加权控制顶点在X轴、Y轴、Z轴上的投影矩阵：其中(x(i，j),y(i，j),z(i，j))为控制顶点，i∈(0,m+4);j∈(0,n+4)，m、n分别为在U、V方向上组成