[发明专利]基于五轴无干涉刀轴控制线的叶轮加工刀轴矢量控制方法

摘要

本发明公开了一种基于五轴无干涉刀轴控制线的叶轮加工刀轴矢量控制方法，用于解决现有叶轮加工刀轴矢量控制方法所加工叶轮质量差的技术问题。技术方案是通过生成刀轴选择边界，确定刀轴控制线所在的投影曲面，沿进、排气边切向扩大待加工叶片偏置面，构造五轴无干涉刀轴控制线，确定任意刀位点的刀轴矢量。由于实现从进气边到排气边刀轴与叶轮回转轴的夹角变化单调且均匀，同时绕回转轴的刀轴摆动变化最小，刀轴绕叶轮回转轴的角度变化最小，实现五轴加工中，机床的两个旋转轴转动均匀且缓慢；通过刀轴控制线能够完成整个叶片型面多轴加工，实现整个叶轮叶片曲面的无干涉刀轴矢量确定，方法简单；同时避免刀轴全局干涉，提高了所加工叶轮的质量。

主权项

1.一种基于五轴无干涉刀轴控制线的叶轮加工刀轴矢量控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将待加工叶型面、通道对侧叶型面以及内轮毂面向通道侧偏置相应尺寸Δ，Δ=球头刀半径r+为后续加工预留的加工余量δ；步骤二、将外轮毂面向外偏置一距离d，作为刀轴控制线所在的投影曲面；d取叶轮叶片悬长平均值L的2/3；步骤三、沿进、排气边切向扩大待加工叶片偏置面；根据叶轮结构，指定进、排气边处刀轴摆刀平面与回转轴的夹角分别为β₁、β_n；过叶根线的起始点作相应的摆刀平面，并裁剪偏置曲面；步骤四、构造五轴无干涉刀轴控制线；Step1.在叶尖线上按等弧长提取n个叶尖点；Step2.过叶尖点作摆刀平面；取叶轮回转轴上任意一点，作为所有摆刀平面的参考点；从进气边到排气边，第i个摆刀平面与回转轴的夹角为：β_i＝(1-t_i)β₁+t_iβ_n,t_i＝(i-1)/(n-1),i＝1,2,3,...,n；第i个摆刀平面的法矢为：其中，均为单位矢量，Step3.生成投影曲面上的无干涉曲线段；用摆刀平面分别与控制线投影面、待加工叶型偏置面、通道对侧叶型偏置面求交线；在待加工叶型偏置面上的截交线上等弧长离散m个点；在摆刀平面内，找到每个点开口角度最小的左右边界，并在控制线投影面上投影得到边界点；在一系列左边界点中和一系列右边界点中选择距离最近的点对作为无干涉曲线段的两个端点，控制线投影面上两个端点之间的截交曲线段即为无干涉曲线段；Step4.确定无干涉曲线段内的刀轴控制点；选定与回转轴垂直的任意矢量n_c作为选择控制点的参考；分别连接叶尖点P_i与无干涉曲线段的两个端点B_i1、B_i2，将矢量沿叶轮回转轴方向投影到与回转轴垂直的平面上，求出投影矢量与n_c的夹角θ_i1、θ_i2；一系列θ_i1形成的角度左边界1，一系列θ_i2形成的角度右边界3；过第一个线段任意一点与最后一条线段任意一点作直线，若直线穿过所有线段，则取斜率最大的直线；直线与各线段的交点即为选定的控制点角度参数2；如果不存在这样的直线，则采用图论中求解最短路径问题的Dijkstra算法，找出穿过所有线段的最短路径，确定控制点参数；根据控制点参数、n_c、无干涉曲线段即可得到控制线投影面上的刀轴控制点；Step5.用三次样条将所有刀轴控制点依次连成一条光滑的非封闭曲线，此曲线即为五轴无干涉刀轴控制线；步骤五、确定任意刀位点的刀轴矢量；对于待加工叶型偏置面上任意一刀位点P，在叶尖线上搜索一个点P_X，该点满足：P_X处的摆刀平面法矢垂直于矢量该摆刀平面与五轴无干涉刀轴控制线的交点P_C即为P的刀轴控制点，矢量即为任意刀位点P的刀轴矢量；给定刀位点信息，生成五轴加工无干涉刀位轨迹。