[发明专利]一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法

说明书

本发明公开了一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法，包括以下步骤：A.输入类直纹面叶轮的类直纹面模型数据以及刀轴矢量的相关参数，计算类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，得到的刀具路径计算结果分两种：一种是误差较大，另一种误差较小；a1.针对误差较大的，根据类直纹面叶轮整体的曲面参数，以最小二乘意义下逼近类直纹面离散点的云数据，再计算该逼近类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，即可进一步减小误差；本发明利用最小二乘原则获取近似的直纹面，来消除刀具路径计算的较大误差，从而确保刀具路径计算的误差保持在较小范围，以便于后续的刀具路径整体优化。

技术领域

本发明涉及侧铣加工技术领域，具体为一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法。

背景技术

侧铣加工非常适合整体式叶轮叶片曲面的半精加工和精加工，现有的侧铣刀具路径规划方法针对的对象往往集中于直纹面叶片，对于可展直纹面，采用侧铣方式可以实现精确加工；对于非可展直纹面，尽管采用侧铣加工存在着原理性误差，但也可以通过刀位优化方法得到侧铣刀具路径，从而满足加工精度要求。

但是在实际应用中，很多整体式叶轮的叶片曲面并不是直纹面，通常为类直纹面，而当前的刀位优化方法得到侧铣刀具路径，侧铣刀具路径规划方法并不适用，就会导致刀具路径产生偏差，这使侧铣加工的适用范围受到了极大地限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法，包括以下步骤：

A.类直纹面叶轮的类直纹面模型数据以及刀轴矢量的相关参数，计算类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，得到的刀具路径计算结果分两种：一种是误差较大，另一种误差较小；

a1.针对误差较大的，根据类直纹面叶轮整体的曲面参数，利用最小二乘原则获取近似的直纹面，并以两条边界三次B样条曲线，以最小二乘意义下逼近类直纹面离散点的云数据，再计算该逼近类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，即可进一步减小误差；

B.将步骤A中所得到的小误差的刀具路径计算结果，做进一步的刀具路径整体优化；

C.将步骤B中优化后的数据与给定的精度要求数据进行比较，得到两种误差结果：

一种是优化后的最大几何偏差小于预定的加工精度，则该类直纹面可通过侧铣达到加工精度要求，生成最优刀具路径，即可对类直纹面叶轮进行侧铣加工；

另一种是优化后的最大几何偏差大于预定的加工精度，就会导致该类直纹面叶轮无法进行侧铣；

D.将步骤C中无法进行侧铣的类直纹面叶轮重新进行刀具路径计算，首先需要重新计算的刀轴矢量的相关参数，再输入类直纹面模型数据以及新的刀轴矢量的相关参数，得出类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，再次进行刀具路径整体优化，优化后的最大几何偏差小于预定的加工精度，达到加工精度要求，最终生成最优刀具路径，对类直纹面叶轮进行侧铣加工。

优选的，所述步骤D中的刀轴矢量计算思路是，根据类直纹面叶轮上的直母线两端点的法矢量，在其法矢量方向上偏置一定距离得到两个偏置点，以这两个偏置点的连线作为刀轴方向，使得直母线两端点的加工误差为0。

优选的，所述步骤D中的刀轴矢量计算步骤是：

在类直纹面叶轮的叶顶线上设点P₁，类直纹面叶轮的叶根线上设点P₂，点P₁单位法矢量为n₁，点P₂单位法矢量为n₂,其中两法矢量n₁、n₂的夹角为γ，在n₁所在直线上设点C₁，在n₂所在直线上一设点C₂，