[发明专利]一种整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法

权利要求书

1.一种整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

步骤1、分析整体叶轮的相邻叶片最小间距以及整体叶轮的叶根区域的最小曲率半径；

步骤2、根据步骤1中获得的整体叶轮的相邻叶片最小间距以及整体叶轮的叶根区域的最小曲率半径在国标刀具库中选择合适参数的盘型铣刀作为刀具；

步骤3、建立整体叶轮数字化模型的过渡曲面铣削坐标体系，包括刀具坐标系、刀具局部坐标系以及工件局部坐标系；

步骤4、在建立好的铣削坐标体系内定义刀具的前倾角β和侧倾角α；

步骤5、根据避免刀具与相邻非加工区域发生干涉的约束条件求解加工过程中刀具前倾角和侧倾角的范围，并以侧倾角为横坐标，以前倾角为纵坐标，描绘出刀轴可行域的形状；

步骤6、在刀轴可行域内应用自适应遗传算法求解最优的加工刀具位姿，并获得最优刀轨；

所述步骤2中盘型铣刀的参数选择如下：刀具刀盘的直径小于整体叶轮的相邻叶片最小间距，刀具刀盘的母线曲率半径小于等于叶根区域的最小曲率半径，刀轴直径大于刀盘直径的1/3且小于刀盘直径；

所述刀轴直径为刀盘直径的0.5倍就近取整的数值；

所述刀具刀盘的直径为整体叶轮的相邻叶片最小间距的0.8倍就近取整的数值。

2.根据权利要求1所述的整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，其特征在于：所述步骤3中：

所述刀具坐标系的建立：以刀具的刀盘底面圆心O为刀具坐标系的坐标原点，建立刀具坐标系OXYZ，以刀轴中心线为Z轴，方向向上，以底面上过O点的任意一条直线为X轴，Y轴通过右手螺旋法则确定；

所述刀具局部坐标系的建立：在刀具有效切削面上任取一点K_t，以K_t为原点建立刀具局部坐标系K_tX_tY_tZ_t，X_t轴方向为沿过K_t点刀具母线的切线方向，Z_t轴指向刀轴轴心并与X_t轴垂直，Y_t轴的方向由Z_t轴和X_t轴按照右手螺旋定则确定；

所述工件局部坐标系的建立：设工件加工曲面S(u,v)，在曲面上任取一点K_p作为工件上的定点，并以K_p点为坐标原点建立工件局部坐标系K_pX_pY_pZ_p，Z_p轴是沿着加工面S(u,v)在K_p点处的外法线方向，X_p轴与刀轴母线方向一致背向刀头，Y_p轴则由X_p轴和Z_p轴通过右手螺旋定则确定。

3.根据权利要求2所述的整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，其特征在于：所述步骤4中：

所述前倾角β定义为刀具坐标系X轴绕刀具局部坐标系坐标Y_t旋转的角度；所述侧倾角α定义为刀具坐标系Y轴绕工件局部坐标系坐标Z_p旋转的角度。

4.根据权利要求1所述的整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，其特征在于：所述步骤6中：

所述自适应遗传算法中采用的优化模型为：

式中：*表示最优值的符号；ω^*(α^*β^*)表示在最优的前倾角和侧倾角时刀具的最大加工行宽；E(α，β)表示当刀具侧倾角为α前倾角为β时曲面到刀具的有向距离；E_I为曲面上除加工范围以外的其他部位到刀具的有向距离的集合；E_C为在加工范围内曲面到刀具的有向距离集合；δ为允许加工误差。