[发明专利]一种自由曲面叶片最佳直纹包络面生成方法

摘要

本发明公开了一种自由曲面叶片最佳直纹包络面生成方法，首先对叶片进行偏置，并采用先缩短后切向延长的方法进行预处理，得到待包络曲面；然后利用垂直于叶轮或叶盘轴向的若干等距平面截取待包络曲面，得到自由曲面截面线；针对自由曲面截面线，根据其端点连线与自由曲面截面线的位置关系及自由曲面截面线的凹凸性，采用残留余量最大值最小化方法，生成其最佳包络直线；最后以所有最佳包络直线的两端点为型值点，分别生成两条样条曲线，以生成的两条样条曲线为准线，生成自由曲面的最佳直纹包络面。以本发明方法生成的最佳直纹包络面作为刀具驱动面，既能保证加工余量的均匀性，又能避免加工中出现过切现象，显著提高了粗加工效率。

主权项

一种自由曲面叶片最佳直纹包络面生成方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1.对叶片进行预处理；选择通道区域内的叶背面，找出叶背面沿叶盘轴向的最高点和最低点，将叶背面向包络侧偏置生成叶背偏置面，偏置距离为加工所用的刀具半径加上粗加工余量，粗加工余量取0.3～1.5mm；然后，将叶背偏置面缩短至叶背面与前、后橼连接处，去掉橼头部分，沿切向延长叶背偏置面，直到叶背偏置面的上边界线所有点高于最高点，叶背偏置面的下边界线所有点低于最低点，得到待包络曲面，即为将要直纹包络的自由曲面； 步骤2.沿叶盘轴向在最高点与最低点之间划分n等距离点，其中，划分的n个等距离点包括最高点和最低点，且n为大于或等于10的整数；过这n个等距离点作垂直于叶盘轴向的n个等距平面，等距平面与待包络曲面的n条交线即为所要包络的自由曲面截面线； 步骤3.自由曲面截面线为三次或三次以上的样条曲线，其中，n次样条曲线在节点处n‑1次连续；连接自由曲面截面线两端点得到端点连线，在端点连线所在等距平面内，使端点连线与x轴重合，以靠近叶根的端点为原点，指向叶尖的方向为x轴正方向，垂直于x轴并指向包络侧的方向为y轴正方向，建立直角坐标系；根据端点连线与自由曲面截面线的位置关系及自由曲面截面线的凹凸性，分三种不同情况，按照最大残留余量最小的原则生成自由曲面截面线的最佳包络直线: A.当端点连线位于自由曲面截面线的包络侧，即自由曲面截面线上所有点的纵坐标都小于或等于端点连线上所有点的纵坐标时，则该端点连线即为所求的最佳包络直线； B..当端点连线未在自由曲面截面线的包络侧，且自由曲面截面线为单凸时，自由曲面截面线上存在纵坐标大于端点连线上对应点的纵坐标的点，且自由曲面截面线上所有点的二阶导数大于零；对于自由曲面截面线最佳包络直线的具体生成过程如下: （1）在自由曲面截面线上按照精度要求等弧长离散k个点，过这k个点中的每一点作自由曲面截面线的切线，得到k条切线； （2）在切线上按照精度要求等距离离散m个点； （3）求切线上离散点与自由曲面截面线上对应点之间的纵坐标之差，判断纵 坐标之差是否大于或等于零，若纵坐标之差大于或等于零则进入(4)；若纵坐标之差小于零，则舍弃该条切线进入(2)，继续下一条切线； （4）重复(3)，直到求出切线上所有离散点与自由曲面截面线上对应的点之间的纵坐标之差； （5）求出上述所有离散点对应的纵坐标之差中的最大值，并记为该切线所对应的纵坐标之差的最大值； （6）重复(2)～(5)，直到求出所有切线所对应的纵坐标之差的最大值； （7）求出上述所有切线对应的纵坐标之差的最大值中的最小值； （8）在自由曲面截面线上加密离散点，重复(1)～(7)进行多次迭代，直到最小值无明显改善或k值足够大时，终止迭代，则最后一次迭代得到的切线即为所求的最佳包络直线； C.当端点连线未在自由曲面截面线的包络侧，且自由曲面截面线不为单凸时，自由曲面截面线上存在纵坐标大于端点连线上对应点的纵坐标的点，且自由曲面截面线上存在二阶导数不大于零的点；可先求出最佳包络直线的生成区域简化后续计算量，即先从两端点向自由曲面截面线作切线，则自由曲面截面线上两切点之间的区域即为最佳包络直线的生成区域，在该区域上按照2中的方法即可生成自由曲面截面线的最佳包络直线； 步骤4.按照步骤3所述的方法生成所有自由曲面截面线的最佳包络直线后，以这些直线的两端点为型值点，分别构造直纹面的两条准线生成直纹面，则直纹面即为所求的最佳直纹包络面。