一種高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法
【專利摘要】一種高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，解決高溫合金復雜曲面零件加工過程中產生過切和振紋的問題。該方法借助于四元數節點光順法、POWERMILL軟件和五軸高速加工中心實現，首先根據四元數節點光順法使節點的刀具姿態光順，然后通過POWERMILL軟件獲得節點分布均勻的刀具加工軌跡，并生成數控加工程序，在數控系統中對數控加工程序進行優化，實現數控加工系統對復雜曲面零件的加工。本發明方法結合四元數節點光順法、POWERMILL軟件處理及數控加工程序優化方法，消除了高溫合金復雜曲面零件加工過程中產生的過切和振紋。
【專利說明】一種高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明屬于機械加工領域，具體涉及一種基于四元數節點光順法、通過POWERMILL軟件處理及數控加工程序優化對高溫合金復雜曲面零件進行數控加工的方法。
技術背景
[0003]高溫合金屬于難加工材料,對于高溫合金復雜曲面零件，在加工過程中，在零件曲率半徑發生變化的節點處刀具走刀方向發生很大的轉向，最大值可達180ο，致使刀軸受力方向產生突變，刀軸運動不連續，進而引起刀軸振動，在高溫合金復雜曲面零件表面產生振紋和過切現象。
[0004]因在加工復雜曲面零件時，隨著刀軸矢量方向的改變、數控機床五軸聯動速度匹配的不完善以及加工曲面處產生的向心力，刀具產生速度減慢或停頓現象，在工件表面變會產生振紋。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，基于四元數節點光順法、通過POWERMILL軟件處理及數控加工程序優化的方法，解決高溫合金復雜曲面零件加工過程中產生過切和振紋的問題。在高溫合金復雜曲面零件加工過程中，在零件表面曲率半徑發生變化的節點處，由于刀軸運動不連續、刀軸矢量方向發生變化，導致待加工零件表面產生過切和振紋，本發明提供一種高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，該方法基于四元數節點光順法、通過POWERMILL 軟件處理及數控加工程序優化的方法，消除高溫合金復雜曲面零件加工過程中產生的過切和振紋。
[0006]本發明實現發明目的所采用的技術方案是，該加工方法包括如下步驟:
[0007]步驟一、根據復雜曲面零件的數模文件，獲取走刀方向發生轉向的節點的位置曲面，將節點位置曲面上的離散刀具姿態點矢量設定為單位球面上的離散質點矢量，根據四元數理論，將四元數空間里的N個離散的質點進行曲線擬合，使曲線光順，得到節點位置曲面的四元數節點光順表達式；
[0008]步驟二、將四元數節點光順表達式輸入POWERMILL軟件，利用POWERMILL軟件提供的曲面投影加工方式，采用驅動曲面方式，調整POWERMILL軟件中的公差系數和網格系數的數值，每設置一組公差系數和網格系數數值后，在POWERMILL軟件中模擬走刀過程，檢查刀軌在工件表面上是否光順和有無過切產生，選取使刀軌光順無過切的一組公差系數和網格系數的數據進行保存；
[0009]步驟三、在POWERMILL軟件中，在點分布界面上，輸出類型選擇“重新分布”，勾中“點分離限界”和“限制最大三角形長度”，實現點分布均勻操作，生成刀軌路徑文件，然后通過POWERMILL軟件中的后置處理程序，生成適合五軸高速加工中心的數控加工程序；[0010]步驟四、將所述的數控加工程序輸入到數控系統中，在數控系統中設置刀具半徑補償值，采用易于加工的金屬材料對數控系統中所設定的數控加工程序進行試切校驗，將無過切產生的刀具半徑補償值做為設定值，保存到數控系統中；
[0011]步驟五、在數控系統中，設置曲線節點處的切削速度，采用易于加工的金屬材料對數控系統中所設定的數控加工程序進行試切校驗，將無振紋產生的切削速度值做為設定值，保存到數控系統中；
[0012]步驟六、在數控系統中重新生成數控加工程序，數控加工系統利用所述重新生成的數控加工程序，對復雜曲面零件進行加工。
【具體實施方式】
[0013]基于四元數節點光順法、通過POWERMILL軟件處理及數控加工程序優化對高溫合金復雜曲面零件進行數控加工的方法，其具體工作流程為:首先根據四元數節點光順法使節點的刀具姿態光順，然后通過POWERMILL軟件獲得節點分布均勻的刀具加工軌跡，并生成數控加工程序，在數控系統中對數控加工程序進行優化，實現數控加工系統對復雜曲面零件的加工。
[0014]本發明提供的加工方法包括如下步驟:
[0015]步驟一、根據復雜曲面零件的數模文件，獲取走刀方向發生轉向的節點的位置曲面，將節點位置曲面上的離散刀具姿態點矢量設定為單位球面上的離散質點矢量，根據四元數理論，將四元數空間里的N個離散的質點進行曲線擬合，使曲線光順，得到節點位置曲面的四元數節點光順表達式；
[0016]由于根據Shoemake的四元數理論，單位球體上的四個空間點可以形成四元數曲線。將節點位置曲面上的離散刀具姿態點矢量設定為單位球面上的離散質點矢量，節點處的刀具姿態曲線的光順性問題就可以歸解為四元數空間里的N個離散的點的曲線擬合問題，保證了插值矢量均勻分布，吃刀量均勻，使擬合曲線光順。
[0017]步驟二、將四元數節點光順表達式輸入POWERMILL軟件，利用POWERMILL軟件提供的曲面投影加工方式，采用驅動曲面方式，調整POWERMILL軟件中的公差系數和網格系數的數值，每設置一組公差系數和網格系數數值后，在POWERMILL軟件中模擬走刀過程，檢查刀軌在工件表面上是否光順和有無過切產生，選取使刀軌光順無過切的一組公差系數和網格系數的數據進行保存；
[0018]POWERMILL軟件為一種數控加工編程軟件系統，可基于輸入模型快速產生刀具路徑，生成數控加工程序，主要用于模具加工，提供零件的加工策略。
[0019]步驟三、在POWERMILL軟件中，在點分布界面上，輸出類型選擇“重新分布”，勾中“點分離限界”和“限制最大三角形長度”，實現點分布均勻操作，生成刀軌路徑文件，然后通過POWERMILL軟件中的后置處理程序，生成適合五軸高速加工中心的數控加工程序；
[0020]本發明實施例中，所使用的五軸高速加工中心為HSM600U的五軸高速加工中心。
[0021]步驟四、將所述的數控加工程序輸入到數控系統中，在數控系統中設置刀具半徑補償值，采用易于加工的金屬材料對數控系統中所設定的數控加工程序進行試切校驗，將無過切產生的刀具半徑補償值做為設定值，保存到數控系統中；
[0022]步驟五、在數控系統中，設置曲線節點處的切削速度，采用易于加工的金屬材料對數控系統中所設定的數控加工程序進行試切校驗，將無振紋產生的切削速度值做為設定值，保存到數控系統中；
[0023]步驟六、在數控系統中重新生成數控加工程序，數控加工系統利用所述重新生成的數控加工程序，對復雜曲面零件進行加工。
[0024]本發明實施例中，所述步驟一中，所述節點位置曲面的四元數節點光順表達式為:
【權利要求】
1.一種高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，借助于四元數節點光順法、POWERMILL軟件和五軸高速加工中心實現，首先根據四元數節點光順法使節點的刀具姿態光順，然后通過POWERMILL軟件獲得節點分布均勻的刀具加工軌跡，并生成數控加工程序，在數控系統中對數控加工程序進行優化，實現數控加工系統對復雜曲面零件的加工，其特征在于:該加工方法包括以下步驟: 步驟一、根據復雜曲面零件的數模文件，獲取走刀方向發生轉向的節點的位置曲面，將節點位置曲面上的離散刀具姿態點矢量設定為單位球面上的離散質點矢量，根據四元數理論，將四元數空間里的N個離散的質點進行曲線擬合，使曲線光順，得到節點位置曲面的四元數節點光順表達式； 步驟二、將四元數節點光順表達式輸入POWERMILL軟件，利用POWERMILL軟件提供的曲面投影加工方式，采用驅動曲面方式，調整POWERMILL軟件中的公差系數和網格系數的數值，每設置一組公差系數和網格系數數值后，在POWERMILL軟件中模擬走刀過程，檢查刀軌在工件表面上是否光順和有無過切產生，選取使刀軌光順無過切的一組公差系數和網格系數的數據進行保存； 步驟三、在POWERMILL軟件中，在點分布界面上，輸出類型選擇“重新分布”，勾中“點分離限界”和“限制最大三角形長度”，實現點分布均勻操作，生成刀軌路徑文件，然后通過POWERMILL軟件中的后置處理程序，生成適合五軸高速加工中心的數控加工程序； 步驟四、將所述的數控加工程序輸入到數控系統中，在數控系統中設置刀具半徑補償值，采用易于加工的金屬材料對數控系統中所設定的數控加工程序進行試切校驗，將無過切產生的刀具半徑補償值做為設定值，保存到數控系統中； 步驟五、在數控系統中，設置曲線節點處的切削速度，采用易于加工的金屬材料對數控系統中所設定的數控加工程序進行試切校驗，將無振紋產生的切削速度值做為設定值，保存到數控系統中； 步驟六、在數控系統中重新生成數控加工程序，數控加工系統利用所述重新生成的數控加工程序，對復雜曲面零件進行加工。
2.根據權利要求1所述的高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，其特征在于:所述的步驟一中，所述節點位置曲面的四元數節點光順表達式為:
3.根據權利要求1所述的高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，其特征在于:所述的步驟二中，設置公差系數和網格系數的數值時，所述設置數值均在0.05~0.5之間選取。
4.根據權利要求1所述的高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，其特征在于:所述步驟四中，所述刀具半徑補償值大于所用刀具的實際半徑值。
5.根據權利要求1所述的高溫合金復雜曲面零件的數控加工方法，其特征在于:所述步驟五中，所述切削速度大于初始切削速度，初始切削速度為刀具標定的切削速度。
【文檔編號】G05B19/19GK103499947SQ201310472742
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】劉玉波, 趙燦, 王學惠, 王旭峰, 馮明軍, 馮準, 徐衍峰 申請人:黑龍江科技大學