[发明专利]薄壁叶片缘头曲面的径向铣削方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄壁叶片螺旋加工中缘头区域的径向铣削方法。

背景技术

薄壁叶片广泛应用于航空、船舶等领域，具有型面结构复杂、薄壁以及难加工材料的工艺特点，容易引起加工变形的产生。螺旋加工方法属于对称加工，加工过程应力释放均匀、加工变形小，是一种理想的叶片多轴加工方法。但现有螺旋加工方法在叶片缘头区域容易造成过切，从而导致加工效率低、加工质量差。

文献“叶片类零件四坐标高效螺旋数控编程方法研究，机械科学与技术，白瑀，张定华等，200322(2)：177-182”公开了一种适合于普通四轴联动的四坐标、五坐标机床的叶片螺旋加工方法，该方法将叶片缘头曲面和叶身曲面作为一个整体在螺旋走刀中进行铣削加工，可以减少薄壁叶片加工过程中的变形。但该方法在规划叶片螺旋加工轨迹时，叶片缘头曲面处刀位点密集。同时，在约0.6mm的线位移内，刀具的转动角度改变近180°，刀轴矢量变化剧烈，机床移动坐标运动与转动坐标运动不匹配，导致数控系统在缘头曲面处产生过大加减速，造成刀具滞留时间过长，产生过切，造成加工精度低。用三坐标测量机对采用上述方法加工的缘头曲面进行测量，加工误差为0.40～0.60mm。

发明内容

为了克服现有技术加工精度低的不足，本发明提供一种薄壁叶片螺旋加工中的缘头曲面铣削方法，该方法在薄壁叶片螺旋铣削过程中，只有叶盆曲面和叶背曲面参与切削，缘头曲面从螺旋加工过程剥离并采用沿叶片转子半径方向的铣削方法对其实施单独处理，从而可以实现薄壁叶片的高效精密数控加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种薄壁叶片缘头曲面的径向铣削方法，其特点是包括以下步骤：

(a)对薄壁叶片三维模型加工坐标系进行调整，使其与实际加工中薄壁叶片在机床上的坐标系一致；

(b)从薄壁叶片三维模型分离出叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面；

(c)将前缘曲面和后缘曲面分别偏置刀具半径的距离得到前缘曲面偏置面和后缘曲面偏置面，前缘曲面做为被加工曲面、前缘曲面偏置面为驱动曲面，生成前缘曲面的刀轨；后缘曲面做为被加工曲面、后缘曲面偏置面为驱动曲面，生成后缘曲面的刀轨；刀轨方向为沿叶高方向，走刀方向从叶尖到叶根；

(d)分别在叶盆曲面和叶背曲面上沿叶片截面方向规划n条刀轨；

(e)根据前缘曲面的形状，在叶盆曲面第i条刀轨和叶背曲面第i条刀轨处生成m个控制点；根据m个控制点构造三次非均匀B样条曲线的控制多边形，由控制多边形生成前缘曲面处三次非均匀B样条曲线；根据后缘曲面的形状，在叶背曲面第i条刀轨和叶盆曲面第i+1条刀轨处生成m个控制点；根据m个控制点构造三次非均匀B样条曲线的控制多边形，由控制多边形生成后缘曲面处三次非均匀B样条曲线；采用非均匀B样条曲线将叶盆曲面和叶背曲面的刀轨进行连接，得到完整的绕薄壁叶片进行螺旋的刀轨。

本发明的有益效果是：本发明采用带缘头避让的螺旋铣削方法对薄壁叶片进行加工，只有叶盆曲面和叶背曲面参与切削，前缘曲面和后缘曲面单独处理，避免了现有技术前后缘处刀位点密集、刀轴矢量变化剧烈而导致的过切，加工精度由现有技术的0.4～0.60mm提高到0.05～0.10mm，而且不需要在前后缘曲面处预留余量，直接将缘头曲面加工到位，提高了加工效率。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明薄壁叶片缘头曲面径向铣削方法所加工的某薄壁叶片示意图。

图2是本发明方法生成的薄壁叶片前缘曲面的加工轨迹。

图3是本发明方法构造的三次非均匀B样条曲线。

图中，1-叶盆曲面，2-叶背曲面，3-前缘曲面，4-后缘曲面。

具体实施方式

参照图1～3，本发明方法所针对的薄壁叶片划分为叶盆曲面1、叶背曲面2、前缘曲面3和后缘曲面4。该叶片的大小为60×150×300mm，叶片叶尖处最厚为3.2mm，叶根处最厚为8.9mm，缘头半径为0.2～0.6mm，从叶尖到叶根的叶片截面扭转约60°。采用的刀具为直径Φ＝10mm的球头刀，在五坐标加工中心上进行叶片的加工。

对待加工的薄壁叶片进行三维建模，并对薄壁叶片三维模型加工坐标系进行调整，薄壁叶片的X轴朝向叶高方向，Z轴朝向叶背方向，使其与实际加工中薄壁叶片在机床上的坐标系一致。

从薄壁叶片三维模型分离出叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面。