[发明专利]一种整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法

说明书

本发明涉及一种整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，属于整体叶轮叶根加工优化领域。本发明通过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曲率特点确定采用盘型铣刀进行整体叶轮叶根加工；通过确定参数的盘型铣刀采用本发明给定的优化模型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；可以有效地避免加工时刀具与非加工区域发生干涉，提高整体叶轮叶根区域的加工效率，提高整体叶轮叶根区域的加工质量。

技术领域

本发明涉及一种整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，属于整体叶轮叶根加工优化领域。

背景技术

近年来航空航天和能源动力领域飞速发展，整体叶轮作为该领域中重要装置——涡轮式发动机的核心部件，加工精度和加工质量要求较高。整体叶轮由多个不规则曲面组成，叶片扭曲程度大、间隔小，结构十分复杂，加工时刀具很容易与工件或夹具发生干涉，加工难度较大。研究发现整体式叶轮的损坏大多数是由于叶根断裂造成的，因此叶根的加工质量极大地影响了整体叶轮的寿命。现有的整体叶轮铣削加工大多数都是采用球头刀进行，不仅效率低，而且加工质量也很难得到保证。

发明内容

本发明提供了一种整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，以用于提供采用盘型铣刀进行整体叶轮叶根加工的刀轨优化方法。

本发明的技术方案是：一种整体叶轮叶根的特征刀轨优化方法，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。

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；