[发明专利]闭式整体叶盘五坐标插铣加工方法

摘要

本发明公开了一种闭式整体叶盘五坐标插铣加工方法，对加工的闭式整体叶盘的通道进行加工区域划分，分别对进气边加工区域和排气边加工区域生成通道偏置面，并对通道边界线进行求解，生成叶盘通道偏置面直纹包络面，分别得到进气边加工区域和排气边加工区域的插铣刀位轨迹，进而得到了闭式整体叶盘通道的插铣刀位轨迹。最后在五坐标数控机床上按照得到的插铣刀位轨迹对闭式整体叶盘进行插铣加工。本发明避免了闭式整体叶盘加工时的刀具干涉现象，解决了加工过程中编程难度大、约束条件多、刀具轨迹求解过程复杂等技术问题，有效实现了闭式整体叶盘的五坐标插铣加工。

主权项

闭式整体叶盘五坐标插铣加工方法，其特征在于包括下述步骤：(1)定义一个叶盘的通道内叶盘内轮毂与叶片相接的面为内环面，叶盘外轮毂与叶片相接的面为外环面；叶盘的一个通道内相邻的两个叶片对应的两个面一个为叶背面，另一个为叶盆面；定义内环面与叶片相接的线为叶根子午线；外环面与叶片相接的线为叶尖子午线；连接叶盆面的叶尖子午线两端点得到第一线段，连接该叶盆面的叶根子午线两端点得到第二线段，连接第一线段和第二线段的中点得到第三线段；连接同一通道中相应的叶背面的叶尖子午线两端点得到第四线段，连接该叶背面的叶根子午线两端点得到第五线段，连接第四线段和第五线段的中点得到第六线段；以第三线段和第六线段为准线，构造叶盘通道区域划分直纹面，将叶盘通道划分为两个加工区域，其中，由所述通道内进气边的内环面、外环面、叶盆面、叶背面和叶盘通道区域划分直纹面围成为进气边加工区域；由所述通道内排气边的内环面、外环面、叶盆面、叶背面和叶盘通道区域划分直纹面围成排气边加工区域；(2)对进气边加工区域内的内环面向外环面方向偏置得到内环面偏置面，外环面向内环面方向偏置得到外环面偏置面，叶盆面向叶背面方向偏置得到叶盆面偏置面，叶背面向叶盆面方向偏置得到叶背面偏置面，其偏置距离为加工刀具的半径加上粗加工余量，粗加工余量取0.3～1.5mm；(3)对进气边加工区域通道边界线进行求解，求解方法如下：(a)第一边界线是叶背面偏置面与内环面偏置面的交线的逼近直母线，求解方法如下：连接叶盆面所在叶片的叶背面偏置面与内环面偏置面的交线的两端点得到第七线段；过第七线段的下端点做垂直于机床Y轴的第一平面，连接第七线段的下端点和第一平面与机床Y轴的交点得到第八线段；过第八线段和第七线段做第二平面，使第二平面绕机床Y轴正向旋转，当第二平面与当前通道的叶背面偏置面相切时停止，记此时第二平面旋转后得到的平面为第三平面；第三平面与内环面偏置面交于第一曲线，在第三平面内应用最小面积原理得到第一曲线的最佳逼近直母线，即为第一边界线；(b)按照上述方法对应求得第四边界线，即外环面偏置面与叶背面偏置面的交线的逼近直母线；(c)第二边界线是内环面偏置面与叶盆面偏置面的交线的逼近直母线，求解方法如下：连接叶盆面偏置面与内环面偏置面的交线的两端点得到第九线段；过第九线段和第一平面与机床Y轴的交点做第四平面，第四平面与内环面偏置面交于第二曲线，在第四平面内应用最小面积原理得到第二曲线的最佳逼近直母线，即为第二边界线；(d)按照上述方法对应求得第三边界线，即叶盆面偏置面与外环面偏置面的交线的逼近直母线；(4)对进气边加工区域通道的各偏置面求取直纹包络面，具体包括以下步骤：(a)叶背面偏置面直纹包络面求解方法如下：记叶背面偏置面与内环面偏置面的相交线为第三曲线，叶背面偏置面与外环面偏置面的相交线为第四曲线，叶背面偏置面在进气边的边线为第五曲线，叶背面偏置面与叶盘通道区域划分直纹面的相交线为第六曲线；连接第三曲线与第五曲线的交点和第四曲线与第五曲线的交点，得到第十线段；连接第三曲线与第六曲线的交点和第四曲线与第六曲线的交点，得到第十一线段；分别在第十线段和第十一线段上按照等长度进行插值，插入的点数为n-1，n为大于10的整数；分别连接第十线段和第十一线段上对应的n-1个点得到n-1条线段，由这n-1条线段生成第一直纹面；分别通过n-1条线段的中点，沿第一直纹面在该点的法矢方向构造n-1个平面，n-1个平面分别与叶背面偏置面相交，得到n-1条曲线；分别在这n-1个平面内应用最小面积原理求得n-1条曲线的最佳逼近直母线；通过这n-1条最佳逼近直母线和第一边界线、第四边界线生成叶背面偏置面直纹包络面；(b)按照上述方法对应求得叶盆面偏置面直纹包络面；(c)内环面偏置面直纹包络面求解方法如下：记内环面偏置面的上边线为第七曲线，内环面偏置面与叶盘通道区域划分直纹面的相交线为第八曲线；连接第七曲线与第一曲线的交点和第七曲线与第九线段的交点，得到第十二线段；连接第八曲线与第一曲线的交点和第八曲线与第九线段的交点，得到第十三线段；分别在第十二线段和第十三线段上按照等长度进行插值，插入的点数为m-1，m为大于10的整数；分别连接第十二线段和第十三线段上对应的m-1个点得到m-1条线段，由这m-1条线段生成第二直纹面；分别通过m-1条线段的中点，沿第二直纹面在该点的法矢方向构造m-1个平面，m-1个平面分别与内环面偏置面相交，得到m-1条曲线；分别在这m-1个平面内应用最小面积原理求得m-1条曲线的最佳逼近直母线；通过这m-1条最佳逼近直母线和第一边界线、第三边界线生成内环面偏置面直纹包络面；(d)按照上述方法对应求得外环面偏置面直纹包络面；(5)根据从通道中心向内环面偏置面直纹包络面和外环面偏置面直纹包络面等距扩散，通道中心向叶背面偏置面直纹包络面和叶盆面偏置面直纹包络面等距扩散的原则，按照行距和侧向步距插值得到刀位轨迹，并且对得到的刀位轨迹进行排序，得到进气边加工区域内的插铣刀位轨迹；(6)按照上述方法，对排气边加工区域生成通道偏置面，并对通道边界线进行求解，生成叶盘通道偏置面直纹包络面，最后得到排气边加工区域的插铣刀位轨迹；从而得到了闭式整体叶盘通道的插铣刀位轨迹；(7)在五坐标数控机床上按照以上得到的闭式整体叶盘通道的插铣刀位轨迹对闭式整体叶盘进行插铣加工。