[发明专利]自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣高效粗加工方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣高效粗加工方法。

背景技术

离心压气机作为关键部机广泛应用于航空、航天、船舶、石油化工等领域，其核心动设备——离心叶轮通常在高温、高压、高线速环境下压缩并传输气体，噪音、振动等因素也易引起设备损坏。为了保证叶轮质量、尽可能大的减少生产加工环节的偏差对叶轮性能及运行稳定性的影响、达到叶轮设计与实际产品的一致性，所以对生产制造环节的要求非常高。而且，随着工业实践对离心叶轮效率、能耗等方面要求的进一步提高及CFD技术的飞速发展，自由曲面叶片、叶轮已经越来越多的应用于各个领域，五坐标整体铣制更是保证其制造水准的最优途径。但是，现阶段离心叶轮整体铣制的研究还大多集中在直纹面叶轮方面，对自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣制的研究比较少。并且，鉴于自由曲面离心式压气机叶轮叶片的空间任意扭曲性，现有的数控加工一般用点、线切削来拟合出所需要的复杂叶片曲面，这种加工方法虽然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——特别是在粗加工阶段。

文献“Heoa EY，Kima DW，Kimb BH，Jangc DK，Chen FF 2008.Efficient rough-cut plan for machining an impeller with a 5-axis NC machine.International Journal of Computer Integrated Manufacturing 21(8)：971-983”研究发现：超过60%的数控加工时间产生在材料去除——粗加工阶段。但是，现阶段针对目前自由曲面离心压气机叶轮等复杂零部件五坐标整体铣制，大多数研究课题的重点都集中在对成型曲面精确度等精加工环节，而研究核心集中在节约数控整体铣制时间——特别是粗加工时间方面的特别少，造成数控加工周期长、效率低下的现状。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自由曲面离心压气机叶轮五坐标整体铣高效粗加工方法，该方法基于实体模型规划自由曲面离心压气机叶轮整体铣制粗加工环节五坐标数控加工刀位轨迹，可实现自由曲面离心压气机叶轮等复杂零部件的高效整体铣制粗加工，大幅度的提升复杂零部件数控加工效率。其特点是包括以下步骤：

1)将自由曲面离心压气机叶轮的叶片实体模型数据输入计算机，完成原始自由曲面造型；

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Ω₁；

3)提取自由曲面Ω₁顶部及根部两条自由曲线形成直纹面A₁；

4)计算出自由曲面Ω₁和直纹面A₁之间的最大空间距离ΔH₁及直纹面A₁指向自由曲面Ω₁的法向量，并让直纹面A₁沿此方向偏置距离ΔH₁，得到直纹面A₂；

5)得到由直纹面A₁、A₂组成的带厚度的实体直纹面叶片A；

6)将分流叶片数据输入计算机，按照上面步骤1）到步骤6）得到带厚度的实体直纹面分流叶片SA；

7)结合轮毂数据，得到由叶片、分流叶片、轮毂组成的叶轮待粗加工气流通道，然

后按照分流叶片位置分为前面、左侧、右侧三个加工区域；

8)逐步抬升轮毂曲面，与叶片、分流叶片相交得到不同高度处的加工区域，从上到下的使用最大半径刀具、变刀轴矢量与固定刀轴矢量结合来完成整个刀位轨迹、刀轴矢量的计算；

9)针对所使用五坐标数控机床对计算所得刀位轨迹、刀轴矢量进行后置处理，在五坐标数控机床实践加工。