[发明专利]面向自适应加工中基于叶片类零件变形的定位优化方法

摘要

本发明提出一种面向自适应加工中基于叶片类零件变形的定位优化方法，首先根据叶片设计模型中的n条沿积叠轴方向平行分布的设计截面线得到检测截面线的参数表达式，其次建立定位优化的多目标函数，并建立进行多目标优化求解时的约束，最后进行优化求解，通过优化设计模型截面线的形状以达到在预成型毛坯中找到目标加工曲面的目的。本发明以叶身型面的非均匀轮廓度公差为几何约束条件，在约束区域找到目标加工曲面，从而满足后续叶型检测要求，提高产品的合格率。且本发明提出的定位优化方法允许设计截面线在约束区域发生变形，同时保证检测截面线形状与设计截面线最接近，提高了寻找到可加工曲面的能力。

主权项

1.一种面向自适应加工中基于叶片类零件变形的定位优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据叶片设计模型中的n条沿积叠轴方向平行分布的设计截面线采用以下步骤得到第l条检测截面线的参数表达式，l＝1,2…n；步骤1.1：设计截面线采用三次B样条参数方程表示：其中N_i,3(t)为三次B样条曲线的基函数，V_i为B样条曲线的控制顶点的坐标，m₀表示控制顶点的数量；步骤1.2：设计截面线绕坐标轴x,y,z旋转后的参数表达式为：其中R_l＝R_x(α_l)·R_y(θ_l)·R_z(β_l)为第l条设计截面线的旋转矩阵，R_x(α_l)为第l条设计截面线绕x轴旋转α_l角的旋转矩阵，R_y(θ_l)为第l条设计截面线绕y轴旋转θ_l角的旋转矩阵，R_z(β_l)为第l条设计截面线绕z轴旋转β_l角的旋转矩阵；步骤1.3：依据设计截面线的旋转矩阵得到旋转后的设计截面线基向量；然后调整曲线的控制顶点在基向量方向上的位置得到变形截面线其中第l条设计截面线的第i个控制顶点的位置变动量为{Δx′_i,l,Δy′_i,l}；步骤1.4：将变形截面线放样生成目标加工曲面s(u,v)；目标加工曲面s(u,v)的参数方程为其中N_i,3(u),N_j,3(v)分别为双三次B样条曲面在u和v方向上的基函数，n₁为u方向上控制顶点的个数，m₁为v方向上控制顶点的个数，V_i,j为目标加工曲面的控制顶点坐标；步骤1.5：对于第l条设计截面线，依据其在z方向的高度z_l，计算s(u,v)＝z_l时的交点参数N₀表示交点参数的个数；将代入目标加工曲面参数方程，得到离散点的坐标依据离散点坐标，利用插值方法得到第l条检测截面线的参数表达式；步骤2：根据步骤1得到的检测截面线的参数表达式，建立定位优化的多目标函数，优化目标为检测截面线与对应的设计截面线形状最接近；步骤3：建立进行多目标优化求解时的约束：包括约束1、检测截面线前缘、后缘、叶盆及叶背四部分区域在上轮廓度公差带之内的约束函数其中表示第l条检测截面线前缘、后缘、叶盆及叶背四部分区域在上轮廓度公差带的点；约束2、检测截面线前缘、后缘、叶盆及叶背四部分区域在下轮廓度公差带之外的约束函数其中表示第l条检测截面线前缘、后缘、叶盆及叶背四部分区域在下轮廓度公差带的点；表示第l条轮廓度公差带上的点在第l条检测截面线上对应的最近点；表示第l条检测截面线上对应的最近点的单位外法矢；i1＝1,2…N₁,i2＝1,2…N₂,i3＝1,2…N₃,i4＝1,2…N₄，N₁,N₂,N₃,N₄分别为截面线前缘、后缘、叶盆及叶背区域的点的数量；约束3、叶片毛坯测量点在目标加工曲面外侧的约束函数F₂：F₂＝(p_i‑s(u_i,v_i))·n_i≥0 i＝1,2…N其中p_i表示在机测量得到近净成形工艺后的叶片毛坯的第i个测量点，N为测量点的数量；s(u_i,v_i)为第i个测量点在目标加工曲面上的最近点，n_i表示最近点s(u_i,v_i)在目标加工曲面上的单位外法矢；约束4、检测截面线的线段内无拐点约束；步骤4：以设计截面线绕x,y,z轴旋转角度{α_l,θ_l,β_l},l＝1,2…n以及控制顶点的变动量{Δx′_i,l,Δy′_i,l},i＝1,2…m₀为优化变量，对步骤2建立的多目标函数进行优化求解，得到优化后的设计截面线，并得到目标加工曲面s(u,v)。