自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102357666A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102357666A(43)申请公布日2012.02.22(21)申请号201110201226.4(22)申请日2011.07.18(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.B23C3/00(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法(57)摘要本发明提供了一种自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，首先将叶片实体模型数据输入到计算机内；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S；计算出叶片自由曲面的法向量；定义三坐标刀轴矢量为[0，0，1]T，计算自由曲面的最陡曲率，得到最陡曲线群；结合最陡曲线群及叶轮叶片流线特征，计算出分割线将自由曲面叶片分割成为多个子曲面；确定工艺粗糙度(残留高度)，结合各子曲面扭曲及流线特征，以中间子曲面作为基准面，遵循沿加工方向各曲面相邻处刀位轨迹数量相同及加工方向一致或者相反的原则确定各子曲面的刀位轨迹及加工方向；确定子曲面分块加工顺序并进行后置处理，在三轴数控机床上进行加工。CN1023576ACCNN110235766602357676A权利要求书1/2页1.自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将叶片实体模型数据输入到计算机内，完成目标自由曲面的造型；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S；3)计算出叶片自由曲面的法向量；4)定义三坐标刀轴矢量为[0，0，1]T，计算自由曲面的最陡曲率，得到最陡曲线群；5)结合最陡曲线群及叶轮叶片流线特征，计算出分割线将自由曲面叶片分割成为若干个子曲面；6)确定工艺粗糙度，结合各子曲面扭曲及流线特征，以中间子曲面作为基准面，遵循沿加工方向各曲面相邻处刀位轨迹数量相同及加工方向一致或者相反的原则确定各子曲面的刀位轨迹及加工方向；7)确定子曲面分块加工顺序并进行后置处理，在三轴数控机床上进行加工。2.如权利要求1所述的自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述自由曲面S的表达式为：其中，U、V为空间变量参数，从进口边到出口边为u向、叶片顶部到底部方向为v向；W为控制顶点对应的权因子；X、Y和Z为空间加权控制顶点在X轴、Y轴、Z轴上的投影矩阵：U＝[u0，u1，...，um+4]；V＝[v0，v1，...，vn+4]；2CCNN110235766602357676A权利要求书2/2页其中(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方向上组成自由曲面的点的个数。3.如权利要求1中所述的自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，其特征在于：所述叶片自由曲面的法向量为：其中，4.根据权利要求3所述的自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，其特征在于：所述叶片自由曲面的最陡曲率为T222-122TG＝[0，0，1]-([0，0，1]·n)·n＝(j1+j2+j3)·[-j1·j3，-j2·j3，j1+j2]。5.根据权利要求1所述的自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，其特征在于：在计算出分割线时，包括以下步骤：1)在最陡曲线群中，保留与叶片自由曲面基本一致或垂直的最陡曲线，其中，与叶片自由曲面基本一致的最陡曲线为第一最陡曲线，与叶片自由曲面垂直的最陡曲线为第三最陡曲线；2)在V方向对原叶片自由曲面加密，形成密集流线群，然后寻找与最陡曲线1最接近的曲线作为第一分割线，其中，U方向长度由最陡曲线1约束；3)固定第一分割线尾端在V方向的j值，在叶片自由曲面上确立第二分割线；4)计算V方向的各个j值的平均值，固定此平均值，依此确定第三分割线。6.根据权利要求1所述的自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，其特征在于：所述基准面刀位轨迹线数量的计算方法为：根据公式计算平底刀加工带宽，其中，L为空间加工带宽，d为带圆角平底刀底部平面段半径，r为刀具边缘处圆弧半径，h为已知残留高度，然后计算基准自由曲面在投影面的总宽度，结合以上计算的平底刀加工带度，得到基准面刀位轨迹线数量。7.根据权利要求6所述的自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，其特征在于：所述其余子曲面刀位轨迹线数量的计算方法为：根据刀位轨迹线数量，根据公式计算其余各子曲面的残留高度Δh，如果子曲面所有残留高度Δh≤0.025mm，则保持基准面刀位轨迹数量，如果子曲面有Δh≥0.025mm情况，添加刀位轨迹以达到Δh≤0.025mm。