[發明專利]葉片螺旋銑過程中緣頭避讓軌跡的刀軸控制方法

有效

• 申請號: 201210240195.8
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102728880A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 楊建華;張娟;吳寶海;張定華;胡述龍;韓飛燕;張瑩;羅明
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

1.一種葉片螺旋銑過程中緣頭避讓軌跡的刀軸控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：構造葉片圓柱輔助面：

被加工葉片的葉身曲面為參數化曲面，葉片截面線是v向曲線；

步驟1.1：取葉盆曲面中v＝0.0的曲線C₁和葉背曲面中v＝0.0的曲線C₂，點a(x_a,y_a,z_a)、c(x_c,y_c,z_c)、e(x_e,y_e,z_e)為曲線C₁的兩個端點與中點，點b(x_b,y_b,z_b)、d(x_d,y_d,z_d)、f(x_f,y_f,z_f)為曲線C₂的兩個端點與中點，得到圓柱輔助面的初始頂圓圓心為O_u(x_u,y_u,z_u)：

xuyuzu=16·xa+xb+xc+xd+xe+xfya+yb+yc+yd+ye+yfza+zb+zc+zd+ze+zf]]>

取葉盆曲面中v＝1.0的曲線C₃和葉背曲面中v＝1.0的曲線C₄，點α(x_α,y_α,z_α)、φ(x_φ,y_φ,z_φ)、γ(x_γ,y_γ,z_γ)為曲線C₃的兩個端點與中點，點β(x_β,y_β,z_β)、η(x_η,y_η,z_η)為曲線C₄的兩個端點與中點，得到圓柱輔助面的初始底圓圓心為O_l(x_l,y_l,z_l)：

步驟1.2：圓柱輔助面的半徑R_c為R_c＝d_max+ε·R，其中d_max為緣頭區域到圓柱輔助面軸心線的最大距離，R為刀具半徑，ε為防止刀具在避讓時與葉片緣頭區域發生碰撞干涉的調整系數；圓柱輔助面軸心線為O_uO_l連線；

步驟1.3：將曲線C₁、C₂、C₃、C₄的兩端端點投影到圓柱輔助面軸心線上，得到八個投影點中兩兩之間距離最長的兩個點A₁和A₂；將點A₁和A₂沿圓柱輔助面軸心線分別向外側移動不小于R的距離，得到圓柱輔助面的最終頂圓圓心O′_u和最終底圓圓心O′_l；

步驟2：構造緣頭避讓曲線：

P′₀、P₀為葉身一側曲面上的刀位軌跡線的倒數第二個刀位點和最后一個刀位點；P₉、P′₉為葉身另一側曲面上的下一條刀位軌跡線的第一個刀位點和第二個刀位點；

步驟2.1：沿P′₀P₀切線方向以半徑為r₁構造圓心角為30°~45°的劣弧P₀P₁，劣弧P₀P₁朝向葉身曲面外側，r₁為圓弧退刀半徑；沿P′₉P₉切線方向以半徑為r₂構造圓心角為30°~45°的劣弧P₉P₈，劣弧P₉P₈朝向葉身曲面外側，r₂為圓弧進刀半徑；

步驟2.2：沿P₁點所在圓弧的切線方向直線延伸，得到直線段P₁P₃，P₃為延伸直線與圓柱輔助面的交點；沿P₈點所在圓弧的切線方向直線延伸，得到直線段P₈P₆，P₆為延伸直線與圓柱輔助面的交點；

步驟2.3：在圓柱輔助面上取點P₃和P₆之間弧長最短的曲線段P₃P₆；

步驟2.4：在直線段P₁P₃上取點P₂，在曲線段P₃P₆上取點P₄，線段P₂P₃的長度等于曲線P₃P₄的弧長；在直線段P₈P₆上取點P₇，在曲線段P₃P₆上取點P₅，線段P₆P₇的長度等于曲線P₅P₆的弧長；點P₃、P₄、P₅和P₆為曲線段P₃P₆上依次的四個點；

步驟2.5：以點P₂、P₃和P₄構造樣條曲線P₂P₄，樣條曲線P₂P₄與直線段P₁P₃和曲線段P₄P₅相切；以點P₅、P₆和P₇構造樣條曲線P₅P₇，樣條曲線P₅P₇與直線段P₈P₆和曲線段P₄P₅相切；

依次連接劣弧P₀P₁、直線段P₁P₂、樣條曲線P₂P₄、曲線段P₄P₅、樣條曲線P₅P₇、直線段P₇P₈和劣弧P₈P₉得到構造緣頭避讓曲線；

步驟3：生成緣頭避讓曲線刀位點：

步驟3.1：均勻離散曲線段P₄P₅，得到曲線段P₄P₅上的刀尖點；以曲線段P₄P₅上各刀尖點在圓柱輔助面上的外法矢方向作為各刀尖點的刀軸矢量，獲得曲線段P₄P₅的刀位點；

步驟3.2：分段離散曲線組P₀P₁P₂P₄，得到曲線組P₀P₁P₂P₄上的刀尖點集Q＝{Q_i|i＝0,…,N}，其中Q_O與P₀重合，Q_N與P₄重合；

步驟3.3：采用四元素插值得到Q＝{Q_i|i＝1,…,N-1}點處的刀軸矢量：

步驟3.3.1：計算P₀P₁P₂P₄曲線段的總長ts：

ts=Σk=0N-1|QkQk+1|]]>

其中|Q_kQ_k+1|表示點Q_k和Q_k+1之間線段的長度；

步驟3.3.2：計算從起始點Q_O到Q_i的軌跡長度ds_i：

dsi=Σk=0i-1|QkQk+1|]]>

步驟3.3.3：Q＝{Q_i|i＝1,…,N-1}中各點的刀軸矢量為：

vi=sin(1-ti)θsinθv0+sintiθsinθv4.(i=1,···,N-1)]]>

其中t_i＝ds_i/ts，v₀為P₀點處的單位刀軸矢量，v₄為步驟3.1中得到的P₄點處的單位刀軸矢量，θ＝arccos(v₀·v₄)；

步驟3.4：按照步驟3.2至步驟3.3中的方法確定曲線組P₅P₇P₈P₉的刀位點。