[發明專利]一種封閉式非直紋曲面數控加工刀路軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201410200672.7
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103934726A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 劉忠璐;劉運鳳;李選琦;荊君濤;翟學志;魏士亮
• 申請（專利權）人: 航天科工哈爾濱風華有限公司
• 主分類號: B23Q15/013
• 分類號: B23Q15/013;B23Q15/007
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及一種封閉式曲面數控加工刀路軌跡規劃方法，特別涉及渦輪發動機閉式葉輪數控加工中刀路軌跡規劃。

背景技術

封閉式非直紋曲面是閉式葉輪的典型結構，而閉式葉輪是渦輪增壓發動機的核心部件，廣泛應用于航天、航空以及國防、能源、電力等部門。采用整體數控加工，突破了傳統的采用葉輪和外環分開加工后再鉚接或焊接在一起的工藝束縛，創新的提出整體加工，這樣避免了分體加工后再組裝到一起存在的焊接開裂、焊接不實、葉片在高溫下變型等諸多問題。同時，采用整體加工可大大減少葉輪部件結構中葉尖與葉輪外環之間的逸流損失，提高發動機的工作效率、推重比和安全可靠性。

對于封閉式非直紋曲面加工方式，文獻《帶冠整體葉輪加工現狀及新方法探索》、《帶冠整體葉輪的應用及其加工工藝的研究》、《帶冠整體葉輪組合電加工關鍵工藝的研究》等提出精鑄成型、電解加工、電火花成型加工以及電解、電火花復合加工等方法，但是這些加工方式加工范圍有限，加工精度低，加工表面質量差，對于高質量的整體閉式葉輪加工，需對其通道進行銑削加工。封閉式非直紋曲面加工刀路軌跡規劃技術屬國際性難題，文獻《閉式整體葉盤五坐標插銑刀位軌跡規劃》中提出了基于最小面積原理的葉盤插銑通道邊界最佳直母線求解算法，分別針對葉片曲面及葉盤內外環面，提出了通道偏置直紋包絡面的生成方法，給出了閉式整體葉盤五坐標插銑刀位軌跡，但該方法研究對象為閉式直紋曲面加工刀路軌跡規劃。目前對封閉式非直紋曲面數控加工刀路軌跡規劃也未有有效方法，加工精度和加工表面質量都不甚理想。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種封閉式非直紋曲面數控加工刀路軌跡規劃方法，從而實現閉式葉輪加工精度和加工表面質量的提高。

本發明的技術方案是：一種封閉式非直紋曲面數控加工刀路軌跡規劃方法的具體步驟為：

步驟一：封閉式非直紋曲面結構的葉片內弧的加工采用刀軸插補的加工策略，在內弧面上定義一系列的矢量以控制刀軸，內弧面上其余刀具位置點的刀軸矢量由U-V雙向線性插值或樣條插值獲得；

矢量的定義經過不斷的調試和修改，最終要達到，刀具在閉合的空間內合理的擺動，使得刀具盡可能地接近兩側的輪轂和外環，而又不過切輪轂及外環的表面，最大限度地減少內弧面與輪轂及外環間的殘留區；

步驟二：外環加工刀軸采用指向直線，直線的確定應使刀軸擺動角度在允許范圍內，同時使葉根加工平滑；通道內的輪轂5加工角度在-5°至15°之間，其刀軸采用指向點，順著流道方向加工；

步驟三：葉片背弧數控加工采用側刃驅動--加前傾角的加工策略，定義沿驅動曲面的側刃劃線移動的刀軸，若刀具不帶錐度，刀軸將平行于側刃劃線，若刀具帶錐度，刀軸將與側刃劃線成一定角度，但二者共面，驅動曲面支配刀具側面的移動，而部件表面支配刀尖的移動；葉片背弧中間部分采用在驅動體上的雙4軸；指定一個4軸旋轉角、一個前傾角和一個側傾角，在雙4軸中，分別為單向運動和回轉運動定義不同的參數；

步驟四：前緣、尾緣數控加工，應用三軸的加工策略予以完成。

優選的：在步驟二中，外環和輪轂與葉片兩端連接處形成復雜空間曲線，以相切法確定加工區域，采用正反兩次裝夾，每次裝夾加工面積最大，加工區域重疊，外環加工面積大于輪轂加工面積。

外環和輪轂與葉片兩端連接處形成復雜空間曲線，加工時刀具與葉片干涉嚴重，需采用兩次裝夾，應使每次裝夾加工面積最大，加工區域重疊，消除兩次裝夾加工產生的接刀痕。

優選的：在步驟三中，以邊界曲線關系確定刀軸角度范圍，確定出刀軸所指向的點和直線位置，以及刀軸擺動的最大前傾角和側傾角。從而更好地實現封閉非直紋曲面刀路軌跡規劃。

本發明與現有技術相比具有以下效果：

本發明的優點在于：根據封閉式非直紋曲面結構特征，對于其數控加工，不同的位置采用不同的加工策略，實現了在五軸數控機床上一體化加工，加工柔性和加工效率高，且加工穩定，生產準備周期短，各個葉片形狀的一致性好，動平衡性高，加工精度在IT6內，實現閉式葉輪加工精度和加工表面質量的提高，特別適合大批量的生產。

附圖說明

圖1為封閉式非直紋曲面結構示意圖，包括1葉片內弧、2外環、3尾緣、4葉片背弧、5輪轂和6前緣；

圖2為通道偏置面生成示意圖；

圖3為s4面相切線示意圖；

圖4為s2面上相切線示意圖；

圖5為加工區域確定示意圖；