整体叶轮（共7篇）
整体叶轮 篇1
摘要：利用Geomagic Design X软件对整体叶轮进行逆向建模, 对叶轮实物进行三维扫描、点云处理、模型重建等, 获得叶轮的三维模型, 为后续创新及生产提供高质量的数据基础。
关键词：整体叶轮,逆向工程,Geomagic Design X,模型重建
0 引言
逆向工程 (Reverse Engineering, RE) 是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称[1]。本文以带有分流叶片的整体叶轮为研究对象, 通过对其逆向建模技术的研究, 探索出快速还原实物模型的方法, 为后续创新及生产提供高质量的数据基础。
1 数据的采集与预处理
1.1 叶轮点云数据的采集
零件表面离散点的几何坐标数据即为点云数据, 其采集是逆向工程的基础和关键技术之一, 直接影响后续的数据处理和三维模型重构的效率和质量[2]。本文采用加拿大CREAFORM公司生产的手持式三维光学扫描仪采集叶轮外形点云数据。
整体叶轮如图1左所示。由于是回转阵列体, 无需采集所有部分, 只要完整的一组大小叶片点云及轮毂和包覆曲面一定角度范围内的点云即可。可加强重点部分的扫描时间, 调整激光照射角度, 以达到实验要求。
点云采集步骤和要点有: (1) 叶轮表面喷涂显影剂, 避免反射影响效果; (2) 叶轮属于小型零件, 标志点围绕零件布置, 叶轮斜向放置以突出扫描重点; (3) 校准和配置扫描仪并选择合适分辨率; (4) 采集时扫描仪与叶轮的距离和角度要合适。
1.2 叶轮点云数据的预处理
扫描得到的原始点云数据量庞大且存在冗余和噪音点, 在模型重建前需进行预处理。利用配套的Geomagic Wrap软件进行噪音点的去除、精简采样、修补光顺及三角面封装等操作, 得到叶轮完整点云数据。
2 模型的重建
2.1 叶轮逆向建模思路
(1) 轮毂曲面、叶轮中心孔、叶轮上下表面作为整体, 称为叶轮回转体。 (2) 对叶片的吸力面和压力面点云数据进行断面处理, 交截出一定数量的截面线后放样或网格化形成叶片曲面。 (3) 从叶轮后缘点云上提取拟合出曲线进行回转形成包覆曲面。 (4) 对各个曲面进行编辑以得到叶轮完整模型。 (5) 利用精度检查功能同原始数据进行比对。
2.2 叶轮逆向建模过程
模型重建是逆向工程的核心内容, 本文基于Geomagic Design X软件进行叶轮模型的重建, 主要过程如下:
(1) 领域划分:导入预处理好的叶轮stl数据, 利用领域组功能划分区域并示以不同的颜色以判断特征, 根据需要进行修改。
(2) 坐标建立:利用手动对齐工具重合基础坐标系的原点和叶轮上表面的中心点。
(3) 叶轮回转体的重建:选择面片草图工具, 截出叶轮回转体的截面轮廓, 在此基础上拟合出完整的草图轮廓 (如图2所示) , 然后旋转形成完整实体。拟合线条时的精度可用误差分析工具反复检查并调整。
(4) 包覆曲面的重建:截出截面轮廓, 拟合形成草图轮廓, 旋转形成曲面, 同时形成大叶片前缘部分的裁剪边界面 (如图3所示) 。
(5) 叶片曲面的重建和拟合精度控制:叶片曲面的形状和精度是叶轮重建最关键的部分之一, 在软件中拟合形成NURBS曲面主要有2种方法:一是利用放样工具, 选中大叶片后自动截出一定数量的断面线, 随之构成放样曲面;二是利用面片拟合工具, 选取吸力面后自动构成含有控制点的网格面, 本文即采用此方法, 如图4所示。
同样方法得到两组共4张叶片曲面。利用误差分析工具对拟合形成的叶片曲面和原始数据进行比对, 公差设置为±0.1 mm, 微调曲面上的控制点来调整曲面的偏差值, 保证所需部分拟合曲面精度都处在公差范围内, 就可满足重建精度要求。
(6) 分流叶片裁剪边界曲面的形成:分流叶片和大叶片的高度是不一样的, 大叶片的裁剪边界面在第4步中已经完成。采用同样方法, 截取拟合出分流叶片前缘的边界线。
(7) 曲面的裁剪和阵列:叶轮各个部分重建完成后, 需要进行最后的重建。对前面各步骤形成的曲面进行延伸、裁剪、合并等操作, 得到大叶片和分流叶片的一组完整形状, 如图5所示。
对叶片进行阵列并缝合, 得到除过渡之外的叶轮模型, 如图6所示。比对完整模型与原始数据的拟合偏差, 除扫描不完整部分、动平衡缺口部分、圆角过渡部分, 大部分区域拟合误差都在±0.1mm之间, 满足本文逆向的精度要求。
(8) 圆角过渡:对曲面相连处进行圆角过渡, 形成最终的叶轮模型。
3 结语
逆向工程中模型重建是遵循点———线———面———体的基本思路, 编辑对象为点云数据, 因此选择合适的软硬件工具来进行点云的采集、处理、拟合、重建等就成为逆向成功与否的关键。本文将光学扫描仪、Geomagic Design X等软硬件有机结合以实现整体叶轮逆向重建, 证明该方法具有点云采集高效、特征提取和建模功能灵活、误差小、软硬件操作简便等优势, 为叶轮等复杂零件的逆向提供了新的手段和思路。
参考文献
[1]黄斌达.复杂曲面零件的逆向建模、数控加工及仿真的研究[D].南昌航空大学, 2011.
[2]谢展.整体叶轮逆向制造过程中的关键技术研究[D].苏州大学, 2008.
[3]魏天翔.基于Imageware的整体式叶轮的逆向建模技术[J].上海第二工业大学学报, 2014 (2) .
整体叶轮 篇2
【关键词】数控加工；MasterCAM；CAD/CAM；自动编程
1.自动数控编程的准备工作
准备工作主要包括工件坐标系、对刀点与换刀点的确定，工件坐标系零点就是编程零点。在加工编程中，为了使工艺基准与设计基准保持一致。叶轮加工的难点主要体现在以下三点：（1）整个叶轮包括了6个叶片，叶片相邻的空间狭小，加工时刀具容易和被加工的叶片以及相邻的的叶片发生干涉；（2）叶片为薄壁结构，且为非可展扭曲直纹面，形状相对比较复杂；（3）抛物面和ф96的圆柱上表面的连接不是简单的圆弧连接，有一“下凹”部分，与X方向有6°夹角，也需要利用五轴联动加工来完成。由于零件的加工要涉及到五轴加工，因此需要借助CAD/CAM软件来生成数控程序，本文采用Mastercam X7软件来完成。在叶轮的加工设备上选用单位自有的配有Heidenhain_TNC530数控系统的五轴加工中心，该机床能实现X、Y、Z、A、C五轴联动，具体的工作行程参数为：X轴730mm纵向、Y轴560mm横向；Z轴560mm垂向，A轴（工作台摆动）-110°～120°，C轴（工作台旋转）360°。从这些参数可以看出该机床能胜任整体叶轮加工的任务。
2.MasterCAM的数控加工功能与应用
2.1零件的几何建模
建立零件的几何模型是实现数控加工的基础，MasterCAM四大模块中的任何一个模块都具有进行二维或三维的设计功能，具有较强（CAD）绘图功能。可以运用Design模块建模，也可以根据加工要求使用Mill模块、Lathe模块和Wire模块直接建模，在进行零件的建模时，无需画出整个零件的模型来，只需要画出其加工部分的轮廓线即可，加工尺寸、形位公差及配合公差可以不标出，这样既节省建模时间，又能满足数控加工的需要；建模时，应根据零件的实际尺寸来绘制，以保证计算生成的刀具路径坐标的正确性；并可将不同的加工工序分别绘制于不同的图层内，利用MasterCAM中图层的功能，在确定刀具路径时，加以调用或隐藏，以选择加工需要的轮廓线。
2.2零件的模拟数控加工
设置好刀具加工路径后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。这样可以在实际生产中省去试切的过程，可降低材料消耗，提高生产效率。
2.3生成数控指令代码及程序传输
通过计算机模拟数控加工，确认符合实际加工要求时，就可以利用MasterCAM的后置处理程序来生成NCI文件或NC数控代码，MasterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序。对于不同的数控设备，其数控系统可能不尽相同，选用的后置处理程序也就有所不同。对于具体的数控设备，应选用对应的后置处理程序，后置处理生成的NC数控代码经适当修改后如能符合所用数控设备的要求，就可以输出到数控设备，进行数控加工使用。
3.加工过程
根据零件的尺寸要求，选用直径为100mm高度为76mm的棒料作为毛坯，分以下几道工序进行加工。
工序一：运用三爪夹持棒料下端面，采用ф12的硬质合金立铣刀去除棒料上端的主要余量。在这一工序的加工中采用Mastercam X7的“高速曲面加工”方式，這种方式用立铣刀按等高面一层一层地铣削，层与层之间的高度为2mm，加工效率较高。在这一工序中主轴转速S可以设为6000r/min，进给速度F3000mm/min，加工后得到 “梯田台阶”形状。
工序二：将上一工序得到的部分“梯田台阶”铣掉，使曲面接近理论曲面。在这一工序的加工中依然采用ф12的立铣刀，但主要利用立铣刀的侧刃进行加工，并且较上一道工序主轴转速保持不变，将进给速度改为1000mm/min，利用Mastercam X7的“沿边五轴加工”方式进行加工，最后得到 “圆台”形状。
工序三：加工抛物面和φ96的圆柱上表面的连接面，该连接面不是简单的圆弧过渡，有一“下凹”部分，与X方向有6°夹角，需要利用五轴联动加工才能达到尺寸要求。加工时A轴角度基本保持在84°，并根据加工需要进行微小调整，配合X、Y、Z和C轴进行联动加工。加工时需要采用ф8R4的硬质合金球头刀，并利用Mastercam X7的“两曲线的渐变”方式进行加工。该加工方式选项位于“刀路”/“多轴刀路”的级联菜单中，具体的加工的相关参数设置在“多轴刀路——两曲线之间渐变”对话框中设置。下面就关键的几步进行说明：（1）“切削方式”设置中有“编辑曲线”栏要选择两组曲线，第一组要选择抛物面，第二组选择ф96的圆柱上表面。（2）“刀具轴向控制”中的“输出格式”要选择五轴，“前倾角方向”设为10°，“侧倾角切削方向”设为90°。除以上几步需要进行特别设置，其他可以选用默认值。
工序四：进行叶片粗加工，这一工序需要五轴联动来进行加工，加工中依然采用ф8R4的球头刀，运用Mastercam X7的“多轴刀路”中的“叶片专家”进行加工，具体的加工的相关参数在“多轴刀路——叶片专家”对话框中设置。几个关键参数设置如下：“切削方式”模块的“加工方式”选为粗加工，“排序方式”选择“双向，由前边缘开始”以提高加工的效率；在“定义组件”模块中“叶片”选择两相邻的叶片，“轮毂”选择刚选中的两相邻叶片的中间区域，并且设置“分段数量”为6。其他参数可以选择默认，就可出程序完成粗加工。
工序五：叶片顶部区域的抛物线曲面精加工，这里只需要普通的三轴联动就可实现。采用Mastercam X7的“刀路”—“曲面精加工”—“流线加工”来生成程序完成加工，这里采用的刀具选用ф8R4的球头刀，主轴转速为6000r/min进给速度取为3000mm/min。
工序六：进行叶片精加工，在Mastercam X7的“多轴刀路”中选择“曲面实体”并点选“Swarf milling”，在相应的对话框中设置加工参数。关键参数设置如下：“切削方式”模块的“切削曲面”选择叶片侧面，“底部曲面”选择两相邻叶片之间的轮毂；“曲面公差”中设定切削公差为0.1，最大距离为0.2。其他参数可以选择默认，就可出程序完成本道工序的加工。
工序七：进行轮毂的精加工，本道工序的加工出程序的方法与工序四采用的方法基本一直，只需要在“切削方式”模块的“加工方式”将工序四中的粗加工改成“精修轮毂”即可。通过以上步骤最终完成叶轮零件的加工。通过三坐标测量仪测量该零件叶片的弧度，均满足规定的要求。 [科]
【参考文献】
整体叶轮 篇3
关键词：钛合金,整体叶轮,磁性磨抛,表面质量
0引言
航空发动机整体叶轮或叶盘在铣削加工或电解加工后,需要通过抛光实现其叶片(叶栅)表面的低粗糙度光滑表面加工要求[1]。目前国内主要采用手工磨抛工艺,磨抛一个零件需要半个月左右时间,并且磨抛纹理混乱无规则,劳动强度大。此类零件加工的主要难点在于:①零件的被加工部位多为复杂曲面结构;②被加工材料为难加工材料钛合金;③加工表面质量要求较高,磨抛后的表面粗糙度应达在Ra 0.8以下。
目前已成功应用到模具复杂型腔加工的磁性抛光方法,在钛合金整体叶轮的磨抛中还未有应用。由于整体叶轮类工件的自由表面是复杂的、无规律的、没有旋转的表面,故很难用数学公式和机械运动规则精确地描述。磁力抛光有很多的优势,如有很好的灵活性和自我调节控制能力,因此本文在介绍磁性研磨抛光原理的基础上,采用磁性抛光方法对钛合金整体叶轮进行试验,并针对试验结果进行比较分析,提出了一种新的磨抛整体叶轮的方法。
1磁性抛光原理及特点
磁性研磨抛光是采用磁性研磨剂,通过磁场中磁力的作用及磁性研磨剂颗粒在工作表面和磁性研磨头之间的断续工作对工件表面进行抛磨加工[2]。因为在磁场的作用下,磁粒被有序地安排在沿着磁力线方向,形成了磁性刷,在磁力作用下围绕在工件表面,磁场和被加工件的旋转会使磁性刷和被加工件的表面产生一个相关的运动,这样就可以用磁性研磨剂来抛光被加工件表面。
磁性磨抛加工原理如图1所示,工件一般被夹在工作台上,磁性研磨头被安装在一个旋转设备上,而磁性磨料被吸附在磁性研磨头上,通过磁性研磨头的旋转使工件表面材料实现微观尺寸的去除并逐渐改变工件的表面质量。
磁性磨抛加工具有如下特点:①在加工间隙中,磨粒占据着加工空间,其加工过程是一种柔性加工,可随着工件的表面轮廓发生变化,不发生硬性磨抛的干涉;②通过改变外部磁体来改变磁力线的方向,通过固定的表面轨道来控制磁性研磨抛光,以完成对传统采用刚性磨抛(如砂轮抛光盘等)不能处理到的表面的磨抛;③是一种无磨损抛光, 磁性磨具是随时形成又随时消失的,保证抛光剂总是新鲜的。
2磁性抛光加工设备及工艺参数
一般来讲磁性抛光需要有专用的磁性抛光设备,而此设备除可以专门生产外,还可以安装在其他的具有旋转功能的机床上,本试验所采用的加工设备及抛光介质如图2所示。磁性磨抛采用氧化铝金属微粉抛光介质及銣铁硼磁性研磨头。将整体叶轮装夹到钻铣试验台上,磁性研磨头吸住氧化铝等金属微粉,旋转钻铣试验台主轴,通过调整主轴转速及工件与研磨头位置,实现在不同主轴转速及不同间距下磨抛钛合金表面。其加工工艺参数主要有抛光时间、磁性研磨头与工件间隙、主轴转速等。
因为磁性磨抛在复杂曲面上如模具模腔的加工中应用较多,所以本试验首先需要验证磁性磨抛对于钛合金材料的去除效果,然后再进一步增设特殊装置探讨对于钛合金复杂曲面的加工效果。
3加工过程及试验数据比较
3.1 试验条件
加工对象为钛合金整体叶轮,表面初始粗糙度为Ra=3.2;采用钻铣组合试验台,磁性研磨头(銣铁硼),氧化铝金属微粉。
3.2 工艺参数
工艺参数分为以下3组:
(1) 抛光时间为10 min;抛光时主轴转速为800 r/min,磁性研磨头与工件间隙为2.5 mm。
(2) 抛光时间为10 min;抛光时主轴转速为800 r/min,磁性研磨头与工件间隙为1.5 mm。
(3) 抛光时间为10 min;抛光时主轴转速为1 500 r/min,磁性研磨头与工件间隙为1.5 mm。
3.3 试验过程
如图3所示,试验时将磁性研磨头装夹在钻铣组合试验台上,启动钻铣复合试验台旋转主轴,并调整不同的主轴参数,其加工前、后表面如图4所示。
3.4 试验结果及分析
采用第1组参数时,叶轮表面刀花去除不明显,不过有轻微去除痕迹;采用第2组参数时叶轮表面刀花明显去除,并形成新的加工纹理,其加工纹理与磁性研磨的运动方向有关,亮度明显增加,表面粗糙度为Ra2.6左右;当进一步增加转速度后,加工表面无明显变化。磁性研磨抛光后工件表面粗糙度如图5所示,横、纵坐标分别为测量长度和表面粗糙度值。
由以上试验可以看出,在保证复杂曲面磨抛加工轨迹前提下,当粗糙度较大时,磁性抛磨可以起到较好的抛光作用,而当粗糙度降低到一定值后,对钛合金表面去除效果不明显。其主要原因是因为磁性磨抛时磁性研磨头上微粉的作用力较小,在柔性磨头上的微粉,对于大的波峰与波谷形成一定的磨抛效果;而当此波峰与波谷值一旦趋于平滑后,达到磁性磨头的作用力极限,则需要降低磁性磨头与工件间的距离,以此增大磁性研磨头与工件的接触面积,如果此时工件表面的波峰与波谷间仍有较大的微观不平度,则可实现进一步的磨抛效果;但如果工件表面趋于光滑,因为柔性作用力的作用,工件表面材料的微观去除则达到此工艺参数的去除极限,磨抛效果不再显著提高。
4结论与展望
对于整体叶轮中叶片的复杂曲面,可在磁性研磨头端部安装弹性装置,以实现柔性研磨头对复杂曲面的随动加工。通过观察磁性磨抛的加工纹理,可以看出在表面粗糙度改变的同时,钛合金表面的接刀痕去除明显,进而可以推断其加工表面层也会随之发生变化,从而影响到表面显微硬度、表面残余应力等物理性能,所以可针对磁性研磨抛光的控性技术进行深入研究,以提高钛合金整体叶轮的表面完整性及使役性能。另外,当采用磁性研磨抛光时,磁性研磨头上微粉对工件表面的作用力较小,所以效果不明显,但如果能增加磁性研磨头上微粉对工件的作用力,可能会增强抛磨效果,此方法尚待进一步研究。
参考文献
[1]Bons J P.A review of surface roughness effects in gas turbines[J].ASME,2010,132:34-56.
整体叶轮 篇4
关键词：叶轮,配准,旋转不对称性,误差检测
0引言
几何对称性是指零部件中的局部特征经过几何变换后重复出现在多个位置的一种现象。几何对称性在工业产品中得到了广泛应用,也是影响产品结构和性能的重要因素。例如整体叶轮就是一类典型的具有旋转对称性的零件,多个外形相同的叶片周向均匀分布在轮毂上。整体叶轮在制造过程中会受到各种因素的影响,以致叶轮中的叶片会产生旋转不对称性的误差,其旋转不对称程度对涡轮产品的噪声、振动、工作效率等性能均产生极大影响。
整体叶轮零件的叶片具有复杂的自由曲面外形,常选用面轮廓度作为评估指标,如文献[1 - 3]。为更好地评估叶片外形,文献[2]还采用叶片截面积叠点的位置度、 截面扭转度等指标。文献[3]还给出叶片截面倾斜度、弯曲度和扭曲度等指标。可以看出,这些评估指标主要是针对叶轮中的单个叶片,虽然在一定程度上也反映了整体叶轮的旋转对称程度,但并不直接。
旋转不对称性可以通过两大要素来计算和分析: 对称中心和对称周期。对称中心是整体叶轮的旋转中心,对称周期就是相邻叶片间的夹角。如何在自由曲面特征的测量数据中提取对称中心,近年来有一些研究成果发表。文献[4]提出了一种基于迭代最近点数据配准的对称平面提取算法,但这不适用于旋转对称物体。针对散乱点云模型,文献[5]给出了三维形状的对称性描述并提出了基于快速自相关性模型配准的对称轴或对称平面的提取方法, 并将对称性应用于模型的修复。文献[6]的研究对象主要是针对自然界的一般物体模型且对称性未知的情况,对有CAD数模的外形检测并不合适。
文中研究整体叶轮零件旋转对称性的误差计算方法, 确定整体叶轮外形检测的基准,提出一种基于数据配准的旋转中心轴线、旋转角提取方法,并给出描述旋转对称性的评估指标计算方法。
1旋转对称性评估指标
整体叶轮的旋转对称性可以用旋转中心轴线的同轴度和旋转角度的均分度这两项指标来表示。在测量的点云数据和理论模型的基础上,以叶轮中的圆柱面和叶片数据为基准将点云数据与理论模型进行配准,将此配准后的点云数据与理论模型的位置作为基准位置,将点云数据中的每个叶片数据与相邻理论模型中的叶片数据进行配准, 通过此配准计算出旋转轴与理论轴的夹角误差、旋转过的角度与理论叶片之间角度的误差还有及旋转之后此时点云数据中叶片与此位置的理论模型轮廓度误差。
2基准确定
整体叶轮由轮缘、轮体、叶片和轮毂组成。叶片部分由叶型、叶根和叶顶组成。
在作下一步的旋转对称性分析之前,要确定一个基准位置,所以要先配准点云数据和理论模型数据,因为误差的分析是以理论的旋转轴和旋转角度为基础的,所以首先将点云数据中的圆柱面数据与理论模型中的圆柱面数据配准,步骤如下:
1) 首先采用粗配准的方法,使点云数据与理论模型数据对齐,但是有一定的误差。粗配准地方法采用的是三点法配准,先在点云数据上选3个比较有特征的点,然后在理论模型上选取对应的3个点,通过对齐这3对对应的点,就可以使点云数据与理论模型数据大致对齐,为下一步的精配准做好了准备。
2) 粗配准之后,要进行精配准。精配准的过程采用的是ICP[6]配准的方法,对叶轮中圆柱面上的每一点在设计数模上寻找欧氏距离最近点作为对应点。通过这组对应点并迭代更新乘子向量,使目标函数最小化来得到最优的旋转矩阵R和平移向量T。将旋转矩阵和平移向量作用到测量点云上,得到新的测量点云带入下次迭代过程。
3) 在通过上述的两个步骤之后对齐了理论模型的圆柱面与点云数据的圆柱面,为了能进行下一步旋转中心轴线和旋转角的提取,还要将理论模型的叶片与点云数据的叶片对齐。可通过配准点云数据中的叶片与理论模型中的叶片得出点云叶片与理论模型叶片之间的转角,然后将点云数据的叶轮绕轴旋转此角度,可将点云数据的叶片与理论模型的叶片对齐。
3旋转中心轴线与旋转角提取
在完成了上面的基准位置确定之后,为了能得出叶片的旋转中心轴线和旋转角度,还要将每个点云数据中的叶片与其顺时针方向相邻理论模型中的叶片进行配准。通过该配准可得出这两个叶片之间的旋转矩阵R和平移矩阵T,再通过转化可得出旋转的角度和旋转中心轴,将此旋转角度与旋转中心轴。与理论叶轮中的旋转轴与旋转角度做对比,可得出位置误差,再将旋转后的点云数据中的叶片与理论叶轮中的叶片做对比,可计算出轮廓度误差。
通过配准方法计算出点云叶片与理论叶片之间的旋转矩阵R和平移矩阵T后,通过下面的方法可提取点云的旋转中心轴线和旋转角度[7]:
先将旋转矩阵R转化成四元素向量qR( R)
再将此四元素向量转化为旋转轴向量为nq( q) 和旋转的角度为 αq( q) :
通过下列公式( 4) 可求出旋转轴向量中的某一点A为[8]:
通过上述方法可计算出叶片的旋转中心轴线与旋转角度。
通过上述方法计算出旋转轴向量和旋转角度后,还必须对理论模型中的的旋转轴向量与理论叶片中的旋转角度进行计算。理论模型中的旋转轴向量的位置为叶轮中圆柱面的轴线向量,叶片间的理论旋转角度为360° /叶片个数。
点云模型叶片与理论模型叶片之间的旋转轴向量nq( q) 、旋转角度 αq( q) 和理论叶轮中叶片间的旋转向量np( p) 、旋转角度 αp( p) 计算出来后,可以对叶片的形位误差进行分析。首先对位置误差进行分析,位置误差可用图1的( a) 和( b) 来表示。
图1( a) 表示的是旋转轴向量间的夹角误差,该夹角的误差表示的是实际叶轮中的叶片由于旋转不对称的影响,导致叶片间的旋转可能不在同一个平面内的,导致实际叶片间的旋转轴向量与理论叶片间的旋转轴向量有一点的夹角。图1( b) 表示的是实际叶片间的旋转的角度与理论叶片之间的角度有一定的误差。该误差也是由于叶片的旋转不对称性造成的,导致叶片与叶片之间的角度与理论角度有一定的误差。
4实验
图2( a) 为测量数据叶片中的点与理论模型中的点相对于理论轴线的误差,图2( b) 为测量数据叶片中的点与理论模型中的点相对于轴线间向量之间的夹角误差。
从图2中可以看出,测量数据中的叶片与理论叶片之间有一定的误差,说明实际中的叶片确实存在一定的旋转不对称性的误差。
5结语
整体叶轮 篇5
数控展成电解加工充分发挥数控技术和电解加工的优点, 通过软件编程替代复杂的阴极设计, 加工过程中工具阴极无损耗、无切削力, 特别适合于高温、高压、高转速条件下的采用钛合金、高温高强合金等高性能材料的叶轮类整体零件的加工[1,2]。
目前,数控展成电解加工已经应用在整体叶轮通道加工及叶片型面精加工中,文献[3,4,5]利用直线刃阴极对直纹面叶片整体叶轮进行加工,同时对加工过程中运动轨迹、加工误差等进行了研究;文献[6,7]对数控展成电解磨削整体叶轮叶片进行研究,对加工过程中产生的过切问题提出了相应的解决方案。但是这些研究针对的研究对象尺寸较小,在电解加工过程中阴极对型面的过切问题并未出现。本文研究的对象是直径600mm、沿圆周均布79个叶片的整体叶轮的型面精密加工,其叶片尺寸径向长度为30mm、进气边到排气边约32mm,在电解精修过程中,由于叶片扭曲导致过切现象。为解决这一问题,本文从理论分析出发,对过切产生的原因进行分析,并提出相应的方案进行运动轨迹的修正以消除过切,以期获得满足要求的叶片型面。
1 整体叶轮叶片型面拟合
通常,叶轮的叶片型面无法直接利用数学表达式给出,而是根据空气动力学或流体力学原理经过复杂计算及试验修正得到,一般以列表形式给出数据。电解加工利用工具阴极的直线刃进行加工,因此首先要将叶片型面拟合为平行直纹面,即在每个截面z=zk(k=0,1,…,m)中, 根据给定点pki(xki,yki)的值由最小二乘法拟合成直线,求出直线同叶片叶顶圆及叶根圆交点的值, 分别用这些点进行三次Bézier样条曲线拟合。设曲线方程分别为P(u)与Q(u),则直纹面S(u,v)的表达式为[8]
S(u,v)=(1-v)P(u)+v Q(u) u,v∈[0,1] (1)
P(u)和Q(u)为边界准线,其表达式为
Bi,n(u)=Cinui(1-u)n-ii=0,1,…,n
式中,Bi,n(u)为Bernstein基函数;ai、bi为曲线的控制顶点。
在电解加工时,根据精度要求,利用等距平面z=zi(i=0,1,…,n)将拟合直纹面离散成n个小平面段,其直母线分别为li(i=0,1,…,n)(图1),li的方程为
yi=kixi+mi (3)
式中,ki、mi分别为直母线li在oxy平面内投影的斜率与截距。
2 展成运动及轨迹分析
在展成电解加工整体叶轮时,由阴极工具侧刃和工件两者共同完成的相对运动轨迹得到叶片型面。针对电解加工特点,为简化阴极与工件的运动及其对应的数控加工程序,确定在电解加工中,阴极仅做z向运动,而工件随机床工作台做旋转运动及沿x、y向的平动,即在整个加工过程中阴极在oxy平面内的投影位置保持不动。
电解加工中阴阳极之间必须保持一定的加工间隙才能确保加工的顺利进行,而电解加工间隙受多种加工因素影响,很难用函数关系准确计算,只能运用大量试验来获得其变化规律。在分析相对运动轨迹时,可以假定在电解加工过程中水平加工间隙取恒定值Δh,将zi截面内li在x方向平移Δh,得到直线l′i,这也就是在电解加工过程中阴极的运动轨迹。设直线l′i在oxy平面内投影为l″i,其与半径为R的圆的交点为ai,R为叶根圆半径与所取加工间隙之和。在加工至zi截面时,l″i在位置aibi处,下面计算从zi截面运动至zi+1截面时,各运动轴的位移量。
图2为从zi截面加工至zi+1截面空间及平面示意图,设ai(xi,yi),ai+1(xi+1,yi+1),∠biaiei=θ1,∠yoai=θ2,∠bi+1ai+1ci+1=θ4。可由下式求得在加工截面zi至zi+1截面时各轴的运动量:
xi=Rsinθ2yi=Rcosθ2
xi+1=Rsin(θ4-θ1) yi+1=Rcos(θ4-θ1)
θi+1=arctanki+1 θi=arctanki
由此可得到初始运动轨迹。
3 运动轨迹修正
前面所求运动轨迹是将阴极加工刃边假设为没有宽度的直线,并没有考虑阴极宽度的影响,但实际加工时,阴极是有一定宽度的,因此在加工扭曲型面的叶片时,阴极上下两边会产生过切现象,会带来较大的加工误差。以下仅对电解加工叶盆型面时的情况进行几何分析,对于叶背型面的加工可作类似分析。
分别对两条边界准线叶盆叶顶线P(u)和叶盆叶根线Q(u)求导,求出对应于各母线li的切矢P′(u)和Q′(u),再沿母线方向向垂直于母线的平面投影,如图3所示,其中点o是母线的投影,P线和Q线是P(u)和Q(u)的投影,tP和tQ分别是切矢P′(u)和Q′(u)的投影。正是由于α角的存在,使得叶片曲面呈扭曲状[9],因此在加工过程中,无论以阴极上刃边、下刃边或出液口中部作为基准进行数控加工程序编制,均会产生过切现象,只是过切量的大小不同而已。
电解精加工叶片叶盆型面时,按照不同加工刃边作为数控编程基准进行加工时的位置如图4所示,图4a是以阴极下刃边作为基准编程,其下刃边a作为主加工刃,那么在上刃边b对应的叶片型面处由于叶片扭曲会产生过切;图4b则是以阴极上刃边作为基准编程,其上刃边b作为主加工刃,同样由于叶片扭曲会在下刃边a所对应的叶片型面处产生过切。另外也可以阴极出液口中部为基准进行编程,此种情况下,阴极的上下刃边均会对刃边对应的叶片型面产生过切,且过切量较前两种方式小,但是由于这种方式加工间隙比较难测量,因此较少使用。
设阴极宽度为s,在o点处,tP、tQ与z轴的夹角分别为φP、φQ,上刃边b线所在截面与叶片直纹面相交所得交线与准线Q(u)的投影Q交点为d,下刃边a线所在截面与叶片直纹面相交所得交线与准线P(u)的投影P交点为c。电解加工中,阴极刃边宽度较小,一般s<2mm,对于所研究的叶片型面,在2mm之间的曲面曲率较小,分析过切量时可用一端的切线代替曲线,而在曲面曲率较大时,则可用圆弧代替,从工程应用方面是完全可行的。因此若以阴极下刃边a线为加工基准,在保证水平加工间隙oa=Δh的前提下,则上刃边b在叶片叶盆叶根线有最大过切量,最大过切量可由下式估算(图4a):
δQ=s tanφQ (5)
同样,若以上刃边为基准,此时ob=Δh,下刃边会在叶片叶盆叶顶线有最大过切量,从工程应用方面,最大过切量可由下式估算(图4b):
δP=stanφP (6)
由于存在过切,使得已加工叶片型面产生加工误差,若此加工误差在要求的公差范围之内,则运动轨迹不用修正,各轴运动量保持不变。但若过切量超出叶片加工公差范围,可用下述方法予以解决。
(1)由式(5)及式(6)可知,在水平加工间隙Δh确定后,过切量与阴极宽度成正比,因此减小宽度s值可以有效减小过切量,同时随s的减小,φP与φQ也随之减小,这也使过切量减小。但是内喷式阴极的宽度减小是有限度的,不能由此影响电解液通道及加工刃边。
(2)在水平加工间隙Δh保持恒定时,可以通过调整z向加工位置,使过切量分散达到减小过切量的目的。z向位置的调整原则是上下刃边所对应叶片型面的过切量相等,即若z向变动为s1(图4c),则有
由此可以导出
且应有δQ=δP<δ0(δ0为叶片型面要求公差)。
(3)若上述两种方法仍然不能保证加工后的叶片满足要求,那么需要将水平间隙Δh增大,同时考虑在z向进行修正。此时的运动量计算式如下:
虽然希望通过上述方法调整阴极的运动轨迹获得要求的叶片型面,但是由于电解加工影响因素较多,阴极的最终运动轨迹仍需要利用试验检测结果进行细小调整。
4 工艺试验
为了验证论述的正确性并电解精修出合格的整体叶轮叶片型面,进行了相应的试验研究。图5是电解加工叶背型面的试验照片,可以看出,由于叶片型面扭曲,以及阴极宽度的影响,在数控程序编制不太合适的情况下,阴极运动轨迹不能满足要求,导致叶背面出现了较明显的过切。图6为阴极经过调整,重新编制数控加工程序后,加工出的叶片型面照片,可以看到,叶片表面光滑,无影响加工质量的缺陷存在,满足了加工要求。
5 结语
本文针对内喷式直线阴极展成电解加工直纹面、叶片扭曲的整体叶轮时产生的过切问题,利用微分几何基础理论分析了过切产生的原因,推导出了过切量计算公式,进而提出对初始电解加工叶片型面运动轨迹进行修正的解决方案,电解加工出了满足技术要求的叶片型面。
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整体叶轮 篇6
整体叶轮的加工一直是加工过程中长期困扰人们的问题。在叶片之间有大量的材料需要去除。为了使叶轮满足气动性的要求, 叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构, 故其加工复杂性一直让工程师们头痛不已。Hyper MILL软件中有专门加工叶轮的模块, 使得原本极其复杂的编程变得简单, 利用模块就能轻松获得所需要的参数。
2 加工整体叶轮的工艺流程
在本文所述零件加工中, 需要加工的表面主要为流道面、叶片表面和过渡圆角面。另外叶片之间有大量材料需要去除, 由于不同表面在加工中都有不同的精度要求, 因此, 在安排工序时, 为了保证叶轮的加工质量、生产效率和加工成本, 要遵循工序集中、先粗后精的加工原则, 尽可能减少换刀和装夹。所以本文采用的加工流程为: (1) 对叶轮基本回转体进行粗加工和精加工。 (2) 叶轮流道开槽加工。 (3) 叶轮流道及叶片半精加工。 (4) 流道精加工。 (5) 叶片精加工。
3 基于Hyper MILL的整体叶轮加工刀路设计
基于Hyper MILL软件对叶轮的五轴部分进行加工, 创建叶轮特征模型, 分析和选用加工策略, 创建用户刀具库, 在参数选项卡中进行相关的设置, 生成叶轮五轴加工轨迹仿真, 以及加工方法, 如表1所示, 为叶轮加工提供了最优化的解决方案。
4 基于VERICUT软件的虚拟仿真
VERICUT软件已广泛应用于航空、模具制造等行业, 其最大特点是可仿真各种CNC系统, 既能仿真刀位文件又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序。
4.1 虚拟机床的构建
首先用UG三维建模软件构建DM U50V型五轴联动数控机床, 如图1所示, 再生成IGES格式文件, 最后导入到VERICUT中设置好相对位置关系, 其模型树如图2所示。
4.2 刀具轨迹的仿真
为了避免程序错误造成零件过切、干涉和撞机等, 利用VERICUT软件进行仿真加工。具体操作步骤: (1) 配置好控制系统文件以及刀具库文件。 (2) 添加夹具模型和毛坯模型。 (3) 设置G代码零点偏置。 (4) 添加经后置处理的数控程序。 (5) 单击复位按钮, 使机床复位。 (6) 单击播放按钮, 如图3所示, 进行刀路轨迹仿真。
5 刀具轨迹的优化
优化主要针对不同的刀具, 工件材料和切削条件而建立的进给速度和主轴速度的切削参数库。VERICUT软件集成了一个Ingersoll刀具的切削参数库, 可供参考应用VERICUT所有的优化设定都保存在中央数据库, 按类型 (如不同的刀具, 数控机床等) 分类存放。通过设定, 基于恒定的材料去除量、主轴转速、切削深度及角度, 恒定线速度CSS等方面进行设置参数。VERICUT通过对刀具路径的调整, 减少空行程, 合理地进行参数修改, 能极大地提高加工效率。本文以叶轮加工为研究模型, 通过优化节约了33.9%的加工时间, 让加床利用率达到了100%。
6 总结
整体叶轮的加工一直是加工过程中长期困扰人们的问题。在叶片之间有大量的材料需要去除。为了使叶轮满足气动性的要求, 叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构, 这给叶轮加工提出了更高的要求。利用VERICUT软件虚拟仿真, 可以检测出加工过程中可能存在的问题, 为用户挽回不必要的损失。
参考文献
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整体叶轮 篇7
作为航空发动机的关键部件,整体叶轮广泛应用于航天航空等领域,其数控加工品质直接影响发动机的动力性能和机械效率[1,2]。因此,加工出高品质的整体叶轮成为国内外重点研究课题之一。高性能整体叶轮由于叶片型面复杂,导致刀位计算和无干涉刀轴矢量的计算都有一定的难度。主要表现在:1)整体叶轮叶片曲面造型复杂,多由非可展直纹面和自由曲面组成,一般需要五轴联动数控机床加工。2)整体叶轮结构复杂,叶片扭曲度大,流道深,相邻叶片的间距较小,整体叶轮加工除了要考虑刀具与被加工叶片曲面之间可能发生的干涉以外,还必须考虑刀具与相邻叶片曲面发生干涉的情况。
国内外学者整体叶轮数控加工的刀具轨迹规划方面做了大量的工作[1,2,3],其中绝大部分刀位轨迹规划算法都是针对球头刀而提出,随着现代生产对曲面的加工品质和加工效率的要求越来越高,传统的球头刀加工已远远不能满足加工要求。近年来采用具有非球头刀加工整体叶轮开始受到重视。文献[4]中基于鼓锥形刀的等残留高度提出了刀具轨迹的计算方法,表明在同等加工条件下,利用鼓锥形刀比用球头刀加工整体叶轮的效率可显著提高。
与球头刀具相比,鼓形刀具的曲率可以很大,还可设计成变曲率轮廓,更适合于加工复杂曲面[5]。在此提出了一种用鼓形刀加工整体叶轮的无干涉刀位轨迹生成算法,并开发了相应的软件功能。该算法对扭曲度大、容易发生碰撞干涉的叶片曲面,在生成高效的无干涉刀位轨迹方面具有相当的灵活性。
1 鼓形刀几何参数的确定
采用鼓形刀具数控加工叶片曲面时,合理设计鼓形刀的几何参数是避免鼓形刀具和叶片曲面之间发生局部干涉的前提之一。本文以具有单一曲率的鼓形刀具为对象进行研究,与球头刀相比,切削刃部分的曲率可以设计得更大。这样,对于同样的残留高度,可增大加工行距,使总的刀具轨迹长度变短,从而可以提高整体叶轮的数控加工效率。
鼓形刀几何参数确定的原则是:能够保证鼓形刀和被加工曲面相接触的同时,存在一个姿态使得鼓形刀和被加工对象不发生局部干涉。
如图1所示,鼓形刀鼓形最大旋转半径为R,鼓形刀母线的曲率半径为Re,鼓形刀沿轴向长度为Le。设鼓形刀和整体叶轮叶片曲面在P点接触,nc为叶片曲面在P点的单位法向矢量。设叶片曲面在P处对应的两个主曲率方向的单位矢量为e1和e2,叶片曲面在P点以弧长参数形式r(b,f)表示,(e1,e2,nc)构成接触点P处的局部坐标系。将鼓形刀中心点Tc定位在沿单位法矢nc,与P点距离为R的偏置点上;在P处的局部坐标系内,由微分几何[6,7],得鼓形刀表面的P点处局部二阶近似为
nT=0.5(keb2+kcf2) (1)
ke=1/Re (2)
kc=1/R (3)
式中:ke,kc分别为鼓形刀母线的曲率和最大旋转半径对应的最小径向曲率。被加工曲面在P点处局部二阶近似为
ns=0.5(k1b2+k2f2) (4)
式中:k1和k2分别是叶片曲面在P点处沿着e1方向和e2方向的两个主曲率。
设H为鼓形刀具表面距离叶片曲面的法向高度,即
H=nT-ns=0.5[(ke-k1)b2+(kc-k2)f2] (5)
如果鼓形刀和叶片曲面不发生干涉,则需要满足对任意的(b,f)都有H≥0,即要求ke>k1且kc>k2。
算法描述:首先将整体叶轮叶片曲面离散成足够多的离散点{Pi},i=1,2,…,n,再对每点进行分析,计算叶片曲面在该点的最大、最小曲率{k1i}和{k2i},则设K1=max{k1i},K2=max{k2i},i=1,2…,n。这样只要取kc≥K1,ke≥K2,则以此为几何参数的鼓形刀加工整体叶轮叶片曲面一定不会产生局部干涉。
2 鼓形刀刀具轨迹生成算法
刀具轨迹生成的思路是先确定刀触点,再根据鼓形刀的几何参数和刀轴矢量计算相应的刀位点。首先将整体叶轮叶片曲面的参数线作为刀触点轨迹,以小的等参数步长对轨迹进行离散;其次再计算离散轨迹线段的实际误差,剔除不必要的刀触点;再次插入关键的刀轴矢量初值,并通过样条曲线拟合来平滑所有的刀轴矢量;最后确定刀位点位置,从而得到加工效率高的刀具轨迹。
2.1 刀触点坐标的计算
刀触点是指在加工过程中刀具表面与加工曲面相接触的点。如图2所示,设当前的刀触点为p(ti),由该点通过弦截法[8]计算下一刀触点p(ti+1),并使两点之间加工误差δ不大于加工许可误差Ei。
设走刀方向为参数增加方向,即ti+1>ti,保证ti+1在一个相对较小的初始区间范围。计算走刀步长的具体操作步骤如下:
1) 将参数线离散成等分的一些离散点p(tj),j=1,2…,n。并设初始刀触点为p(ti)。
2) 假定下一刀触点的位置为p(ti+1),通过计算得到两点之间的线段距离d,并求出线段中点T。
3) 令t=(ti+ti+1)/2,得到参数线上点p(t),并计算线段中点T和参数线上点p(t)之间的距离,即加工曲面时所出现的误差δ。
4) 如果δ
2.2 刀轴矢量初始值的设置
在计算刀轴矢量时,由于相邻两个刀触点一般非常接近,其干涉环境类似,刀轴矢量变化不大,甚至可以视为相同。没有必要在每个刀触点位置都根据干涉碰撞情况计算其最优刀轴矢量,这样将降低加工效率。所以在曲面曲率变化剧烈的地方或者易发生碰撞干涉的地方设置一些关键刀轴矢量。通过后续的干涉检查,修正刀轴矢量,在生成刀位文件的过程中,使刀轴矢量在这些关键刀轴矢量间依次平滑过渡,从而生成全局平滑无干涉的刀轴矢量。
a) 如图3(a)为整体叶轮叶片间的截面线,其特点为在叶片前后缘处,曲率变化剧烈,叶盆、叶背处是由两条自由曲线组成,在实际中,由于整体叶轮叶片距离小,流道较深,所以叶盆、叶背处最容易发生干涉碰撞,根据叶片截面线的特点,刀轴矢量位置设置的基本原则是:
1) 在曲率变化剧烈处。从叶片的截面线可以看出,叶片的前后缘处曲率变化最为剧烈,如图3(b)中①③④⑥,当鼓形刀的有效切削半径小于或者接近进给方向的曲率半径的时候,由刀具的摆动误差会迅速增大,在整体叶轮表面造成啃切的现象,所以,为了避免这种情况的出现,在这四处选择插入关键的刀轴矢量。
2) 在易发生干涉碰撞处。从叶片的截面线可以看出,叶盆、叶背处曲线较为平坦,但是由于整体叶轮的流道较深,较易发生干涉碰撞,因此,为了避免全局干涉碰撞的情况出现,在②⑤处插入两个关键的刀轴矢量是非常有必要的。
b) 针对关键刀轴矢量设置过程中的一些情况,做如下说明:
1) 在同一个关键位置不能插入两个不同的刀轴矢量。如果在刀轴矢量不同,将导致刀具在该关键位置停留一段较长的时间,刀具将会产生振动,影响加工品质和效率。
2) 对于鼓形刀来说,保证其最大旋转半径的圆上的某一点与关键位置点相重合,同时把刀轴矢量设置在与走刀方向相垂直的平面内,这样有利于对残留高度的计算。
2.3 刀位点坐标的计算
刀位点数据是描述刀具在加工过程中精确的数据,通常是通过刀触点数据根据刀具几何参数推算出来的。假设鼓形刀具母线上的某一点T和端点p(ti)相重合,如图4所示,刀位点坐标计算的具体步骤如下:
1) 已知叶片曲面在端点p(ti)处的法矢和鼓形刀在点T与加工端点p(ti)相重合时的刀轴矢量,通过计算得到刀轴矢量和曲面法矢的夹角φ。
2) 计算鼓形刀母线圆心A到刀轴矢量所在直线与undefined交点的距离,如式(6):
undefined
3) 计算刀触点T到交点B的距离,如式(7):
undefined
4) 计算得到曲面在端点p(ti)处的法矢与刀轴矢量的交点在工作坐标系的点矢rB:
undefined
式中,rT是刀触点T在工作坐标系的点矢,i是曲面在端点p(ti)处的法矢的单位向量。
5) 计算得到刀位点D和曲面法矢与刀轴矢量交点B的距离:
undefined
6) 最后得到刀位点在工作坐标系下的点矢rD:
undefined
式中,k是刀轴矢量的单位向量。
2.4 干涉检查
在确定好加工中的某一个姿态后,即设计好鼓形刀几何参数和确定加工时的刀轴矢量初始值,还需要通过干涉检查来调整刀轴矢量以达到避免全局干涉,检查全局干涉主要是两个方面:一是考查鼓形刀具与被加工整体叶轮叶片曲面是否存在干涉;二是考查鼓形刀具与被加工叶片的相邻叶片曲面是否存在干涉。二者交替进行,直到不存在干涉。这两个方面内容可统一看成是求刀轴矢量离散点到叶片曲面最小距离的干涉检查问题。具体流程图如图5所示:
2.5 干涉刀位的修正
一旦发现干涉,就要对刀轴矢量进行调整,即如果检查出干涉,首先,刀轴矢量就要根据干涉情况沿着法线方向旋转一定角度,其旋转的公式为[9]:
T′=T×cosθ+T×nc×T·sinθ (11)
式中:T′是旋转后的刀轴矢量,T是存在干涉时的刀轴矢量,θ是旋转角度,nc是叶片曲面的外法矢。
通过多次旋转刀轴矢量,最后得出无干涉刀轴矢量,再根据刀位坐标计算方法就可以得出新的刀位数据。
3 实例验证
应用本文的整体叶轮鼓形刀刀位轨迹生成的算法,开发了整体叶轮五坐标数控精加工软件模块,生成了鼓形刀数控加工的刀位轨迹,然后在残留高度相同的情况下,采用球头刀生成数控加工的刀位轨迹,并将其两者的刀位轨迹数目和刀位轨迹长度进行了对比,如表1所示。其中采用的鼓形刀的几何尺寸为:鼓形刀鼓形的最大旋转半径为R=4mm,鼓形刀母线的曲率半径为Re=20mm,鼓形刀沿轴向长度为Le=10mm。选择球头刀具的半径为R=4mm。结果表明,鼓形刀五坐标数控加工整体叶轮的刀位轨迹数少,刀位轨迹长度短。在其他的加工条件一样的前提下,刀位轨迹长度短意味着数控加工效率的提高。
应用本文方法,得到如图6的叶轮鼓形刀刀具轨迹图,图7为数控加工仿真图。
4 结论
1) 用微分几何方法分析了数控加工整体叶轮时鼓形刀和叶片曲面的接触状态,得到了能避免局部干涉鼓形刀最优的几何参数,即通过计算叶片曲面上点的最大法曲率的最大值来确定鼓形刀具的母线半径,通过计算叶片曲面上的最小法曲率来确定鼓形刀具的最大旋转半径。
2) 采用弦截法计算最大的走刀步长,从而确定刀触点,插入关键的刀轴矢量,采用样条函数来插值以得到平滑的刀轴矢量,根据确定的鼓形刀具的几何参数和刀轴矢量推算出刀位点的点矢。
3) 用UG/Open API二次开发技术开发了整体叶轮鼓形刀五坐标数控精加工模块,通过该模块可以生成刀具轨迹,进而得到刀位文件。
摘要：研究了用鼓形刀具进行整体叶轮五坐标数控加工的编程技术。根据鼓形刀具的几何特点,设计了一种无干涉的鼓形刀刀位轨迹生成算法,开发出整体叶轮五坐标数控加工程序生成功能模块。通过算例,证明设计的鼓形刀无干涉刀位轨迹算法是切实可行的,与球头刀相比,对于同样的残留高度,可以增大加工行距,使刀轨长度变短,可提高整体叶轮数控加工的效率。
关键词：整体叶轮,鼓形刀,数控加工
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