[發明專利]一種葉片的螺旋磨削刀具軌跡生成方法

無效

• 申請號: 201110378995.1
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102436216A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 楊建中;張棟;李江威;陳吉紅;唐小琦;周金強;宮秀梅;陳東;李濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;武漢華中數控股份有限公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明涉及一種葉片的螺旋磨削刀具軌跡生成方法，可用于核電葉片、汽輪機葉片和航空葉片的葉片型面磨削加工，屬于數控加工技術領域。

背景技術

在葉片的數控加工領域，葉片在磨削過程中的讓刀會增加非切削時間，降低了加工效率，也會造成加工精度損失。采用螺旋磨削的方式可以減少因讓刀帶來的多余加工時間，而且在一定程度上可以減小單面加工葉片時因去除葉盆和葉背多余材料引起的殘余應力變形，且切削軌跡光滑連續。目前商用的CAD/CAM軟件如CATIA、Cimatron和MasterCAM等等均無六軸聯動砂帶磨削數控編程功能，市面上某些軟件有針對葉片螺旋銑削數控加工的軌跡規劃方法，但是這些方法產生的刀具軌跡都只適用于四軸或五軸數控機床，并不能應用于六軸聯動砂帶磨削，因此六軸聯動數控砂帶磨削運動軌跡的生成方法不能簡單套用通用CAD/CAM軟件平臺中的傳統多軸加工運動軌跡生成方法，必須立足于自行開發。

文獻“組合曲面葉片的螺旋加工刀位軌跡生成，計算機集成制造系統，單晨偉，張定華，劉維偉，2008(11)：2243-2247。”提出了一種組合曲面葉片的螺旋加工刀位軌跡生成方法，該方法利用組合曲面之間的邊界線和曲面參數域構造通過單個曲面的控制曲線，在控制曲線上布置初始刀觸點，其生成的刀具軌跡連續光滑，但是與本方法相比，其控制曲線的計算過于繁瑣，計算數據量大，影響了計算時間。

國外的UG?NX等商品化軟件的螺旋走刀方式，是將組合曲面葉片的表面展開，利用其邊界和角點的幾何信息構造Coons曲面，在Coons面的參數域內可以很方便地構造一條螺旋線，然后將其投影到葉片曲面上生成刀具軌跡。這種方法產生的刀具軌跡適用范圍廣，計算速度快，算法穩定，但是產生的刀具軌跡在曲面過渡區域跳躍較大，不能滿足曲面過渡的光滑連續性要求。文獻“組合曲面參數線五坐標加工刀具軌跡的計算，吳福忠，柯映林，計算機輔助設計與圖形學學報，2003，15(10)：1247～1252。”提出的組合曲面參數線五坐標加工刀具軌跡的計算算法跟UG?NX的做法有點類似，提出了組合曲面間拓撲關系的建立方法，通過對曲面相鄰邊界及相鄰角點拓撲信息查詢，完成刀具路徑的合理組織。

HyperMill等軟件用等距離的截平面和組合葉片表面求交線的方式來布置初始刀具軌跡，該方法可以產生光滑連續的刀具軌跡，組合曲面之間的過渡平滑，但是其并不能應用于六軸聯動砂帶磨削方式。

發明內容

本發明針對現有的六軸聯動葉片砂帶磨削數控加工方式，提出了一種葉片的螺旋磨削刀具軌跡規劃方法，適用于核電、汽輪機和航空葉片的葉身型面磨削加工，磨削過程中沒有讓刀，提高了加工效率、減少葉片加工區域的振動和提高加工表面質量。

為實現上述目的，本發明將組合葉片表面曲面展開，使葉片組合曲面獨立出來，在每一張曲面上單獨計算刀具軌跡，首先提取出兩組合曲面共同擁有的邊界曲線作為控制曲線，然后根據螺旋加工的圈數將控制曲線平分，得到控制點，對于每一個葉片曲面，在這些等距離的控制點之間計算螺旋軌跡。

本發明的方法具體包括如下步驟：

(1)生成控制曲線

將組成葉片表面的組合曲面展開，作為一個個獨立的自由曲面，提取每個自由曲面的四條邊界曲線，將其中沿螺旋軌跡上升方向的始末端的兩條邊界曲線作為螺旋磨削刀具軌跡的第一圈和最后一圈，另兩條邊界曲線作為控制曲線；

(2)將所述控制曲線按螺旋線的圈數將其平分，得到控制曲線的中間控制點；

(3)對于一個單獨葉片曲面，以此曲面擁有的兩條控制曲線中間點作為螺旋曲線軌跡的兩個端點，在這兩點之間通過對參數值插值得到中間初始刀觸點；

(4)判斷兩中間控制點和其中間初始刀觸點中任意兩相鄰點之間的誤差，不滿足加工精度要求的，還需要以這兩點的參數u，v為端點條件，采用二分法，直到求出滿足加工精度要求的螺旋線所經過的其它刀觸點。

(5)順次連接兩中間控制點及其中間初始刀觸點，形成軌跡點的折線，作為近似的螺旋線，再通過這些刀觸點計算刀位點，所有曲面的螺旋曲線構造完成之后，即完成葉片螺旋磨削軌跡規劃。

本發明提出的這種連續的、光滑的葉片數控磨削加工螺旋曲線軌跡規劃方法，利用相鄰組合曲面共有的邊界線作為控制曲線，在葉身中間區域規劃刀具軌跡，切削過程沒有讓刀。在組合曲面之間的過渡區域，其刀具軌跡光滑連續，不會出現大幅度的擺動。

附圖說明

圖1為常見核電葉片的結構簡圖；

圖2為葉片曲面螺旋加工的邊界曲線、控制曲線、等分點和螺旋線示意圖；