[发明专利]自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方 法。

背景技术

自由曲面叶片作为航空叶盘、船舶螺旋桨、高性能透平叶轮等的核心部件， 广泛应用于航空航天、汽车船舶、石油化工、模具加工等领域。鉴于其叶型的 空间任意扭曲性，目前普遍采用多轴数控铣削技术。传统自由曲面叶轮叶片的 数控加工，一般采用球头刀点铣加工，用点、线切削来拟合出所需要的复杂叶 片曲面，这种加工方法能够比较好的拟合出所要加工的复杂叶片曲面，但缺点 是加工表面的一致性差、表面硬化严重，同时由于加工路径密集造成刀具磨损 较快、加工效率低、加工周期长；同时，由于自由曲面叶片具有的空间任意扭 曲性，绝大多数数控加工采用五坐标数控机床来完成，加工的设备成本高，也 不利于高效精密数控加工的实现。

文献“Chen，Z.Z.C.，Fu，Q.，2007.A practical approach to generating steepest  ascent tool-paths for three-axis finish milling of compound NURBS surfaces. Comput.Aided.Des.39(11)，964-974.”尝试了一种基于空间曲面零件三坐标加工的 最陡爬坡法加工轨迹规划方法，该方法首先完成自由曲面的造型工作并参数化， 计算最陡曲线，然后进行三坐标数控加工。但是，该方法加工路径的计算完全 依赖工件曲面的空间扭曲状态，加工轨迹比较繁杂混乱，不适合叶轮机械对叶 片残留刻痕尽量与叶轮流线一致的要求；并且，该方法只适合球头刀对加工， 加工路径密集、效率低、加工周期长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加 工方法，该方法基于实体模型规划平底刀端铣自由曲面叶片三坐标数控加工刀 位轨迹，可实现自由曲面叶片等零件的高效精密数控加工。

本发明自由曲面叶片平底刀三坐标端铣加工方法，包括以下步骤：

1)将叶片实体模型数据输入到计算机内，完成目标自由曲面的造型；

2)以双三次非均匀有理B样条矩阵形式定义叶片的自由曲面为S；

3)计算出叶片自由曲面的法向量；

4)定义三坐标刀轴矢量为[0，0，1]^T，计算自由曲面的最陡曲率，得到最陡曲线 群；

5)结合最陡曲线群及叶轮叶片流线特征，计算出分割线将自由曲面叶片分 割成为若干个子曲面；

6)确定工艺粗糙度(残留高度)，结合各子曲面扭曲及流线特征，以中间子 曲面作为基准面，遵循沿加工方向各曲面相邻处刀位轨迹数量相同及加工方 向一致或者相反的原则确定各子曲面的刀位轨迹及加工方向；

7)确定子曲面分块加工顺序并进行后置处理，在三轴数控机床上进行加工。 所述步骤2)中，所述自由曲面S的表达式为：