[發明專利]一種薄壁葉片余量去除順序規劃方法

有效

• 申請號: 201911292011.0
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111077846B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 吳寶海;侯堯華;張定華;張瑩
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種薄壁葉片余量去除順序規劃方法，屬于航空發動機葉片的高品質精密制造技術領域，特別涉及到薄壁葉片余量去除與軌跡規劃方法，用于控制薄壁葉片在數控加工中產生的彈性變形誤差，以此提高葉片的加工精度。該方法針對加工過程中葉片曲面在不同位置的剛度變化，利用彈性變形原理與法向變形場，給出不同余量去除順序的葉片變形程度的評定方法，并結合加工軌跡的連續性要求，給出變形最小的加工軌跡。采用該方法生成的加工軌跡進行加工后，葉片的加工誤差有了明顯的下降，提高了加工精度。

技術領域

本發明屬于航空發動機葉片高品質精密制造技術領域，特別涉及到薄壁葉片余量去除與軌跡規劃方法，用于控制薄壁葉片在數控加工中產生的彈性變形誤差，以此提高葉片的加工精度。

背景技術

葉片類零件是航空發動機的關鍵零件，具有外形復雜、易變形、加工難度大等特點。尤其是葉片型面的自由曲面與整體弱剛度的相互耦合，使得葉片在銑削過程中很難保證加工精度。

專利CN201410360136.3公開了一種薄壁件階梯對稱銑削加工方法，通過對薄壁類結構件采用階梯狀的非對稱式銑削加工，保證未切削區域對切削區域的支撐，達到提高工件加工過程中的剛度，減小加工變形。然而該方法并不適用于自由曲面加工。專利CN201410526635.5公開了一種利用球頭刀銑削自由曲面的加工方法，以張量的方式度量曲面上任意切觸點的切削寬度，以此提高加工效率。但該方法并沒有考慮葉片類自由曲面的弱剛性問題，沒有給出自由曲面類薄壁零件的切削軌跡規劃方法。

因此，發明一種薄壁葉片余量去除順序規劃方法顯得非常必要。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種薄壁葉片余量去除順序規劃方法，通過葉片建模仿真技術獲取葉片整體的剛度矩陣并計算目標曲面的變形場，同時將法向變形場作為動態加工過程中的變形計算基準，以此評定不同加工軌跡變形程度，最后結合加工軌跡的連續性要求給出變形最小的加工軌跡。

技術方案

一種薄壁葉片余量去除順序規劃方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將葉根裝夾的葉片進行有限元劃分，得到葉片的剛度矩陣K^G；

步驟2：依據葉片整體的剛度矩陣，計算待加工曲面的變形場；

步驟2.1：將葉片待加工曲面的有限元節點作為離散點{P₁,P₂,…,P_m}，并在離散點對應的法向N＝[n_x,n_y,n_z]^T施加單位力進行節點的位移測試，計算公式如下：

K^G(δ(P₁),δ(P₂),…,δ(P_m))＝(F(P₁),F(P₂),…,F(P_m))

其中，δ(P_m)表示為所有的節點在單位力F(P_m)的作用下的位移向量；

步驟2.2：選取離散點{P₁,P₂,…,P_m}對應的變形量{δ₁,δ₂,…,δ_m}，依據葉片曲面在弧長參數域的(u,v)方向，采用雙線性插值計算待加工曲面的法向變形場G_n；

步驟2.3：考慮到變形誤差被認定為法線方向的位移，變形誤差的法向變形場表示為G_n,n：

G_n,n＝N^TG_n