[发明专利]一种薄壁叶片切削轨迹参数优化方法

说明书

本发明涉及一种薄壁叶片切削轨迹参数优化方法，属于航空发动机叶片的高品质精密制造技术领域，特别涉及到薄壁叶片的弹性变形误差建模与切宽参数优化方法，用于控制薄壁叶片在数控加工中产生的弹性变形误差，以此提高叶片的加工精度。该方法通过有限元仿真与机械切削力建模，构建薄壁叶片在加工过程中的变形场和球头刀铣削力模型，并以此搭建弹性变形误差模型。利用该模型对原始切削轨迹的切宽进行重新计算，规划优化后的轨迹。采用该轨迹加工后的叶片精度有了明显提高。

技术领域

本发明属于航空发动机叶片高品质精密制造技术领域，特别涉及到薄壁叶片的弹性变形误差建模与切宽参数优化方法，用于控制薄壁叶片在数控加工中产生的弹性变形误差，以此提高叶片的加工精度。

背景技术

叶片类薄壁零件是航空发动机、燃气轮机等设备中的关键零件，具有外形复杂、加工变形大等难加工特点。尤其是薄壁结构导致的弱刚度特性与加工中切削力的耦合，使得最终的加工精度难以保证。

专利CN201711103056.X公开了一种基于有限元分析的薄壁件切削用量加工优化方法，通过软件建模与有限元分析模拟实际加工过程，以此调整切削参数，保证切削力、切削热、刀具变形等处于安全范围内。然而该方法并没有考虑切削轨迹对薄壁件加工变形的影响，具有局限性。专利CN201710319928.X公开了一种非均匀公差下的自由曲面NC加工刀具轨迹优化方法，通过对设计曲面的刀位文件进行反算以获取极限残高曲面，在保证精度要求的情况下，加工效率也得到了提升。但该方法仅仅考虑了近似刚性自由曲面的轨迹优化方法，并没有考虑到加工过程中弹性变形误差对加工精度的影响。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种薄壁叶片切削轨迹参数优化方法。

技术方案

一种薄壁叶片切削轨迹参数优化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：依据叶片的装夹形式建立相应的有限元模型，并通过{x,y,z}方向的单位力测试，获取对应离散点在法线方向上的变形场，分别是G_x，n、G_y，n和G_z，n，向量形式为G_n＝[G_x，n，G_y，n，G_z，n]^T；

步骤2：按照切削力机械模型，对球头刀铣削过程进行建模，并通过模型仿真构建切削力与径向切深a_e，前倾角θ_l与侧偏角θ_t参数之间的关系，将切削力表示为F(a_e，θ_l，θ_t)；

步骤3：通过仿真计算的叶片变形场与球头刀切削力函数，得到叶片加工变形误差D，计算公式如下，

其中，F＝[F_x，F_y，F_z]^T，是F(a_e，θ_l，θ_t)的向量形式；

步骤4：按照给定的最大误差d_max计算满足加工变形误差的切宽a_e，cal；同时将原始轨迹的最大切宽a_e，max作为约束，通过最小值公式min{a_e，max，a_e，cal}计算，得到优化后的切宽a_e，real；

步骤5：选择原始切削轨迹中叶根位置的切削行作为初始切削行；