專(zhuān)利名稱(chēng)：薄壁葉片緣頭曲面的徑向銑削方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄壁葉片螺旋加工中緣頭區(qū)域的徑向銑削方法。
技術(shù)背景薄壁葉片廣泛應(yīng)用于航空、船舶等領(lǐng)域，具有型面結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁以及難加工材料的工 藝特點(diǎn)，容易引起加工變形的產(chǎn)生。螺旋加工方法屬于對(duì)稱(chēng)加工，加工過(guò)程應(yīng)力釋放均勻、 加工變形小，是一種理想的葉片多軸加工方法。但現(xiàn)有螺旋加工方法在葉片緣頭區(qū)域容易造 成過(guò)切，從而導(dǎo)致加工效率低、加工質(zhì)量差。文獻(xiàn)"葉片類(lèi)零件四坐標(biāo)高效螺旋數(shù)控編程方法研究，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，白瑀，張定華 等，2003 22 (2): 177-182"公開(kāi)了一種適合于普通四軸聯(lián)動(dòng)的四坐標(biāo)、五坐標(biāo)機(jī)床的葉片 螺旋加工方法，該方法將葉片緣頭曲面和葉身曲面作為一個(gè)整體在螺旋走刀中進(jìn)行銑削加工， 可以減少薄壁葉片加工過(guò)程中的變形。但該方法在規(guī)劃葉片螺旋加工軌跡時(shí)，葉片緣頭曲面 處刀位點(diǎn)密集。同時(shí)，在約0.6mm的線(xiàn)位移內(nèi)，刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)角度改變近180。，刀軸矢量變化 劇烈，機(jī)床移動(dòng)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)不匹配，導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)在緣頭曲面處產(chǎn)生過(guò)大加減 速，造成刀具滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生過(guò)切，造成加工精度低。用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)采用上述方法 加工的緣頭曲面進(jìn)行測(cè)量，加工誤差為O. 40 0.60mm。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)加工精度低的不足，本發(fā)明提供一種薄壁葉片螺旋加工中的緣頭曲面 銑削方法，該方法在薄壁葉片螺旋銑削過(guò)程中，只有葉盆曲面和葉背曲面參與切削，緣頭曲 面從螺旋加工過(guò)程剝離并采用沿葉片轉(zhuǎn)子半徑方向的銑削方法對(duì)其實(shí)施單獨(dú)處理，^^而可以 實(shí)現(xiàn)薄壁葉片的高效精密數(shù)控加工。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案 一種薄壁葉片緣頭曲面的徑向銑削方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟-(a) 對(duì)薄壁葉片三維模型加工坐標(biāo)系進(jìn)行調(diào)整，使其與實(shí)際加工中薄壁葉片在^L床上的 坐標(biāo)系一致；(b) 從薄壁葉片三維模型分離出葉盆曲面、葉背曲面、前緣曲面和后緣曲面；(c) 將前緣曲面和后緣曲面分別偏置刀具半徑的距離得到前緣曲面偏置面和后緣曲面偏 置面，前緣曲面做為被加工曲面、前緣曲面偏置面為驅(qū)動(dòng)曲面，生成前緣曲面的刀軌；后緣 曲面做為被加工曲面、后緣曲面偏置面為驅(qū)動(dòng)曲面，生成后緣曲面的刀軌；刀軌方向?yàn)檠厝~ 高方向，走刀方向從葉尖到葉根；(d) 分別在葉盆曲面和葉背曲面上沿葉片截面方向規(guī)劃n條刀軌；
(e) 根據(jù)前緣曲面的形狀，在葉盆曲面第i條刀軌和葉背曲面第i條刀軌處生成m個(gè)控 制點(diǎn)；根據(jù)m個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)造三次非均勻B樣條曲線(xiàn)的控制多邊形，由控制多邊形生成前緣曲 面處三次非均勻B樣條曲線(xiàn)；根據(jù)后緣曲面的形狀，在葉背曲面第i條刀軌和葉盆曲面第i+l 條刀軌處生成m個(gè)控制點(diǎn)；根據(jù)m個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)造三次非均勻B樣條曲線(xiàn)的控制多邊形，由 控制多邊形生成后緣曲面處三次非均勻B樣條曲線(xiàn)；采用非均勻B樣條曲線(xiàn)將葉盆曲面和葉 背曲面的刀軌進(jìn)行連接，得到完整的繞薄壁葉片進(jìn)行螺旋的刀軌。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用帶緣頭避讓的螺旋銑削方法對(duì)薄壁葉片進(jìn)行加工，只
有葉盆曲面和葉背曲面參與切削，前緣曲面和后緣曲面單獨(dú)處理，避免了現(xiàn)有技術(shù)前后緣處
刀位點(diǎn)密集、刀軸矢量變化劇烈而導(dǎo)致的過(guò)切，加工精度由現(xiàn)有技術(shù)的0.4 0.60mm提高到 0.05 0.10mm,而且不需要在前后緣曲面處預(yù)留余量，直接將緣頭曲面加工到位，提高了加 工效率。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明薄壁葉片緣頭曲面徑向銑削方法所加工的某薄壁葉片示意圖。 圖2是本發(fā)明方法生成的薄壁葉片前緣曲面的加工軌跡。 圖3是本發(fā)明方法構(gòu)造的三次非均勻B樣條曲線(xiàn)。 圖中，l-葉盆曲面，2-葉背曲面，3-前緣曲面，4-后緣曲面。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1 3,本發(fā)明方法所針對(duì)的薄壁葉片劃分為葉盆曲面l、葉背曲面2、前緣曲面3 和后緣曲面4。該葉片的大小為60X150X300mm，葉片葉尖處最厚為3. 2咖，葉根處最厚為 8.9mm，緣頭半徑為0. 2 0. 6腿，從葉尖到葉根的葉片截面扭轉(zhuǎn)約60° 。采用的刀具為直徑 ^10mm的球頭刀，在五坐標(biāo)加工中心上進(jìn)行葉片的加工。
對(duì)待加工的薄壁葉片進(jìn)行三維建模，并對(duì)薄壁葉片三維模型加工坐標(biāo)系進(jìn)行調(diào)整，薄壁 葉片的x軸朝向葉高方向，zri朝向葉背方向，使其與實(shí)際加工中薄壁葉片在機(jī)床上的坐標(biāo) 系一致。
從薄壁葉片三維模型分離出葉盆曲面、葉背曲面、前緣曲面和后緣曲面。 采用刀具半徑為5mm的球頭刀，將前緣曲面偏置5mm得到前緣曲面偏置面，選擇前緣曲 面為被加工曲面、前緣曲面偏置面為驅(qū)動(dòng)面，軌跡條數(shù)選為9條，走刀步長(zhǎng)容差為0. Olmra， 刀軸方向選為與驅(qū)動(dòng)面相關(guān)，刀具沿走刀方向向前傾斜6。，側(cè)偏為O。，生成如圖2所示的 前緣曲面刀軌。將后緣曲面偏置5mm得到后緣曲面偏置面，選擇后緣曲面為被加工曲面、后緣曲面偏置面為驅(qū)動(dòng)面，軌跡條數(shù)選為9條，走刀步長(zhǎng)容差為0.01mm，刀軸方向選為與驅(qū)動(dòng) 面相關(guān)，刀具沿走刀方向的前傾角6。，側(cè)偏角為(T ，生成后緣曲面的刀軌。刀軌方向?yàn)檠?葉高方向，走刀方向從葉尖到葉根。
采用直徑為25mm、底面圓角半徑為lmm的環(huán)形刀，分別選擇葉盆曲面和葉背曲面為驅(qū) 動(dòng)面，走刀方向?yàn)檠厝~片截面方向，走刀步長(zhǎng)誤差為0.01mm。刀軸方向選為與驅(qū)動(dòng)相關(guān)，刀 具旋轉(zhuǎn)軸為X軸，刀具沿走刀方向的前傾角10°。根據(jù)上述參數(shù)分別在葉盆曲面和葉背曲面 上沿葉片截面方向各規(guī)劃100條刀軌。
采用非均勻B樣條曲線(xiàn)將葉盆曲面和葉背曲面的刀軌進(jìn)行連接。在葉片前緣曲面處，從 葉盆曲面第一條刀軌開(kāi)始，在葉盆曲面第i條刀軌和第i條刀軌處構(gòu)造ll個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)ll 個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)造三次非均勻B樣條曲線(xiàn)的控制多邊形，并由該控制多邊形生成前緣曲面處的三 次非均勻B樣條曲線(xiàn)。圖3中顯示了構(gòu)造的11個(gè)控制點(diǎn)、控制多邊形以及生成的三次非均 勻B樣條曲線(xiàn)。在葉片后緣曲面處，從葉背曲面的第一條刀軌開(kāi)始，在葉背曲面第i條刀軌 和葉盆曲面第i+l條刀軌處生成11個(gè)控制點(diǎn)，并由控制點(diǎn)生成控制多邊形與三次非均勻B樣 條曲線(xiàn)。重復(fù)上述操作，直到連接完所有的葉盆曲面的和葉背曲面的刀軌。
用與背景技術(shù)相同的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上對(duì)采用本發(fā)明方法加工的薄壁葉片進(jìn)行測(cè)量，緣頭 區(qū)域加工精度為0.05 0.10mm。提高了加工精度，提高了加工效率。
權(quán)利要求
1、一種薄壁葉片緣頭曲面的徑向銑削方法，其特征在于包括以下步驟(a)對(duì)待加工的薄壁葉片進(jìn)行三維建模，并對(duì)薄壁葉片三維模型加工坐標(biāo)系進(jìn)行調(diào)整，使其與實(shí)際加工中薄壁葉片在機(jī)床上的坐標(biāo)系一致；(b)從薄壁葉片三維模型分離出葉盆曲面、葉背曲面、前緣曲面和后緣曲面；(c)將前緣曲面和后緣曲面分別偏置刀具半徑的距離得到前緣曲面偏置面和后緣曲面偏置面，前緣曲面做為被加工曲面、前緣曲面偏置面為驅(qū)動(dòng)曲面，生成前緣曲面的刀軌；后緣曲面做為被加工曲面、后緣曲面偏置面為驅(qū)動(dòng)曲面，生成后緣曲面的刀軌；刀軌方向?yàn)檠厝~高方向，走刀方向從葉尖到葉根；(d)分別在葉盆曲面和葉背曲面上沿葉片截面方向規(guī)劃n條刀軌；(e)根據(jù)前緣曲面的形狀，在葉盆曲面第i條刀軌和葉背曲面第i條刀軌處生成m個(gè)控制點(diǎn)；根據(jù)m個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)造三次非均勻B樣條曲線(xiàn)的控制多邊形，由控制多邊形生成前緣曲面處三次非均勻B樣條曲線(xiàn)；根據(jù)后緣曲面的形狀，在葉背曲面第i條刀軌和葉盆曲面第i+1條刀軌處生成m個(gè)控制點(diǎn)；根據(jù)m個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)造三次非均勻B樣條曲線(xiàn)的控制多邊形，由控制多邊形生成后緣曲面處三次非均勻B樣條曲線(xiàn)；采用非均勻B樣條曲線(xiàn)將葉盆曲面和葉背曲面的刀軌進(jìn)行連接，得到完整的繞薄壁葉片進(jìn)行螺旋的刀軌。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的薄壁葉片緣頭曲面的徑向銑削方法，其特征在于所述的刀軌條數(shù)，葉盆曲面與葉背曲面的數(shù)目相同。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種薄壁葉片緣頭曲面的徑向銑削方法，首先對(duì)待加工的薄壁葉片進(jìn)行三維建模，并對(duì)薄壁葉片三維模型加工坐標(biāo)系進(jìn)行調(diào)整，分別提取出葉盆曲面、葉背曲面、前緣曲面和后緣曲面，并劃分葉身曲面上有效的加工區(qū)域，分別對(duì)葉盆曲面和葉背曲面進(jìn)行切觸點(diǎn)軌跡設(shè)計(jì)，得到覆蓋整個(gè)加工區(qū)域的切觸點(diǎn)軌跡線(xiàn)，在葉片的前后緣處構(gòu)造連接葉盆刀位點(diǎn)軌跡線(xiàn)和葉背刀位點(diǎn)軌跡線(xiàn)的非均勻B樣條曲線(xiàn)，計(jì)算出相應(yīng)的刀軸矢量與刀位點(diǎn)。由于在加工過(guò)程中只有葉盆和葉背曲面參與切削，前后緣曲面單獨(dú)處理，避免了由于前后緣處刀位點(diǎn)密集、刀軸矢量變化劇烈而導(dǎo)致的過(guò)切，加工精度由現(xiàn)有技術(shù)的0.24～0.60mm提高到0.05～0.10mm，同時(shí)提高了加工效率。
文檔編號(hào)B23C3/00GK101323030SQ200810150378
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者吳寶海, 張定華, 山 李, 海 楊, 王明微, 明 羅, 馬建寧 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)