[发明专利]多曲面岛屿五轴螺旋加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多曲面岛屿五轴螺旋加工方法。

背景技术

多曲面岛屿是复杂型腔结构或其他大型整体结构零件的重要组成部分之一，广泛应用于航空航天、汽车和模具制造业。它是由多张复杂曲面片经过裁剪、连接等操作后所建立的几何拓扑关系完整的实体模型，通常采用数控铣削加工完成。现有商用CAD/CAM系统软件UG、hypermill等均包含了型腔岛屿加工模块，基于二维导动曲线投影生成刀具轨迹，但是由于曲面片间拓扑关系复杂，导致投影方向难以确定，同时导动曲线的设计也难以跟踪曲面的曲率变化，造成轨迹分布不均匀，刀位点、刀轴矢量的变化存在突变，不利于高速精密数控加工的实现。

文献“一种基于实体模型的三轴数控加工刀轨生成算法，南京航空航天大学学报，庄海军，周儒荣等，2002，34(4)：332-335。”公开了一种适合实体模型的三轴数控加工刀位轨迹生成算法，该方法运用平行平面与Z-buffer模型求交设计刀具轨迹，但是对具有与z轴方向同向的垂直壁岛屿零件刀具轨迹无法处理，而且平面间刀位轨迹存在大量进退刀，容易造成刀具轨迹不完整，后续手工抛光工作量大等问题；另外，由于无法精确控制刀具而造成过切多曲面岛屿底面，致使加工精度降低。用三坐标测量机对采用上述方法加工的叶盆阻尼台进行测量，加工精度为0.15～0.24mm。

发明内容

为了克服现有技术加工精度低的不足，本发明提供一种多曲面岛屿五轴螺旋加工方法，该方法基于实体模型规划螺旋刀位轨迹，从而合并岛屿实体螺旋和清根加工，可实现多曲面岛屿的精密数控加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种多曲面岛屿五轴螺旋加工方法，其特点是包括以下步骤：

(a)将叶片实体模型数据输入计算机；

(b)从实体模型中提取与岛屿底面相连的曲面，并重新进行参数化；

(c)在岛屿底面上选择清根刀心轨迹的四个搜索初始点，使得岛屿实体位于四个初始点围成的四边形内部；

(d)根据加工刀具半径，从物理空间选择的第一个初始点出发，生成多曲面岛屿清根刀心轨迹线；

(e)根据多曲面岛屿实体结构，建立加工局部坐标系，由长方体包围盒算法确定岛屿中轴线，以清根刀心轨迹线作为基础，局部坐标系中轴线为中心，按照层距构造自底向上的环绕实体模型的球头刀刀心螺旋线，修正刀位，确定刀轴矢量，生成具体刀位轨迹；

(f)统一清根加工和岛屿实体螺旋加工的刀位轨迹并进行后置处理，在五轴数控机床上进行加工。

本发明的有益效果是：本发明采用基于点距离搜索的复杂多曲面体清根处理方法，从根本上避免了多曲面岛屿这一几何特质导致的偏置面求交不稳定现象的产生，统一了岛屿主体和清根加工，清根和搭接区域光滑连续，无明显接刀痕，所采用的自底向上螺旋加工刀具轨迹设计方法，刀具轨迹连续，加工精度由现有技术的0.15～0.24mm提高到0.05～0.08mm，保证了加工过程中没有冗余进退刀的同时，减少了数控加工完成后的手工抛光工作量。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

附图是本发明多曲面岛屿五轴螺旋加工方法所加工的某航空发动机叶片示意图。

图中，1-阻尼台，2-叶片叶盆曲面。

具体实施方式

以某航空发动机叶片阻尼台球头刀加工为例说明本发明。

图1所示为一种典型的带阻尼台的航空发动机叶片，在叶片叶盆曲面2上有一阻尼台1，，阻尼台1是一种典型的多曲面岛屿结构，其包围盒尺寸大小：12.46×59.01×34.74mm³，采用的球头刀刀具半径R＝5mm，残留高度h＝0.01mm，在五坐标加工中心上进行叶盆阻尼台的加工。本发明方法自底向上的五轴螺旋刀位轨迹及加工实现的步骤如下：

1.将叶片实体模型数据输入计算机。

2.从叶片实体模型中叶盆阻尼台实体1，提取与岛屿底面相连的曲面叶盆曲面2，重新进行参数化。

3.在叶盆曲面2上选择四个搜索初始点，使得叶盆阻尼台实体1位于四点围成的四边形内部。

4.根据加工刀具半径，从物理空间选择的第一个初始点出发，依次在参数域内搜索，生成叶盆阻尼台1的清根刀心轨迹线。