一種整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法
【專利摘要】本發明公開了一種對大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法，包括步驟：根據大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的幾何形狀和工藝參數，分別生成葉片的粗銑和精銑刀位軌跡源文件；對生成的粗銑刀路文件進行提取靠近葉片的K道刀路，并重新排列，以使粗銑刀路繞葉片加工；對生成的精銑刀路文件分別提取刀路的精銑部分和半精銑部分，形成半精-精銑刀路文件；對新粗銑刀路文件和生成的半精-精銑刀路文件進行變進給操作；對獲得的粗、半精-精銑刀路進行分層；以及將分層后的粗、半精-精銑刀路文件經路徑延伸、刀具移動和圓弧插補，并通過不同轉速控制后，生成一個完整的粗-半精-精銑混合路徑刀路文件。本發明的方法能夠大幅提高葉片的加工剛度，尤其是葉片頂端，消除加工顫振，提高葉片加工質量。
【專利說明】一種整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及多軸聯動數控機械加工領域，更具體地，涉及一種對大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法。
【背景技術】
[0002]當前，航空航天、造船、汽車、能源與冶金等工業蓬勃發展，作為其關鍵部件的整體葉輪，正得到廣泛應用。隨著工業生產對機械部件精度的要求不斷提高，大懸伸、窄流道整體葉輪的需求也日益增多，其質量直接影響空氣動力學性能和機械效率，而這類葉輪的葉片加工剛度相對較弱，歷來是加工的難點，尤其是葉片的精加工部分。目前，國內只有少數幾家企業可以加工整體葉輪，而且工藝水平距國際先進水平尚有較大差距，因此研究高性能葉輪加工技術勢在必行。
[0003]傳統上對大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的加工，大多是先進行整體粗加工，再考慮精加工部分的工藝技術研究，或分層精加工，或加填充材料，提高葉片加工過程中的剛性，以獲得良好加工表面。然而，這樣的加工方法并不能達到理想的效果，分層精加工沒有從根本上解決葉片剛性差的問題，自然加工效果不盡如人意，而加持填充材料的辦法，雖在葉片剛度上得到提高，加工效果也較理想，但填充材料的過程較繁瑣，大大降低了整體葉輪的加工效率，進而加大了加工成本，綜合效果不太令人滿意。所以亟需尋求一種高效、高性能的葉片精加工方法。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種對大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，以提高整體葉輪葉片的加工剛度，減小顫振，并獲得良好加工表面。
[0005]為實現上述目的，本發明提出了一種對大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，該方法包括下列步驟:
[0006](I)根據整體葉輪葉片的幾何形狀和工藝參數，分別生成葉片粗銑和精銑的刀位軌跡源文件，所述精銑包含半精銑部分；
[0007](2)對生成的葉片粗銑刀位軌跡源文件，根據設置的切削余量T提取靠近葉片的最后k道刀路，其中提取道數k自定，形成新粗銑刀位軌跡源文件；
[0008](3)對步驟(2)形成的新粗銑刀位軌跡源文件進行刀路重新排列，使CAM軟件規劃的粗銑刀位點能環繞葉片進行加工；
[0009](4)對步驟(I)生成的包含半精銑部分的精銑刀位軌跡源文件，將刀路的精銑部分和半精銑部分分別提取出來，并按照加工先后順序對刀路信息進行排序，形成半精-精銑刀路文件；
[0010](5)對步驟(3)重新排列后的粗銑刀路進行變進給操作，使進給率隨葉片銑削剛度的變強而逐層按比例遞增，同時對最后P層加工進行減速操作，其中減速層數P自定；[0011](6)同樣，對步驟(4)生成的半精-精銑刀路文件進行變進給操作，方法與步驟(5)相同；
[0012](7)對步驟(6)變進給后的半精-精銑刀路文件進行刀路分層，層數根據整體葉輪葉片的懸伸長度、剛度和原精銑刀路pass數合理設定，該分層操作是均勻分層過程，即可獲取分層后各層的最后一道刀路的刀位信息；
[0013](8)對步驟(5)變進給后的新粗銑刀位軌跡源文件，根據步驟(7)的半精-精銑刀路分層數和半精-精銑各層最后一道刀路的刀位信息，進行分層，層數與半精-精銑層數相同，同時各層的最后一道粗銑刀路刀位點位置信息中z值的平均值低于最后一道半精-精銑刀路刀位點位置信息中z值的平均值某一差值8 ’ 6自定，以保證互不干涉為前提；
[0014](9)將步驟(7)和步驟(8)分層所得的半精-精銑刀路文件和粗銑刀路文件進行路徑合成，按照各層由粗到精或半精的加工順序將兩個刀路文件融合成一個加工文件，合成過程中，同時實現加工過程的粗、精或半精銑轉換中刀具的路徑延伸及抬刀距離設定和圓弧插補操作，以保證刀具不與葉片或夾具發生干涉，以及分別設定粗銑和半精-精銑的轉速，以實現粗、半精-精銑的不同轉速轉換。
[0015]其中，所述粗銑刀路分層操作具體包括下列步驟:
[0016](i)根據上述步驟(7)中對半精-精銑刀路的分層數，依次計算各層最后一道精銑或半精銑刀路刀位點信息中的z值平均值；
[0017](ii)對上述步驟(5)變進給后的新粗銑刀位軌跡源文件中最靠近葉片的粗銑刀路，依次計算各道刀路的刀位點z值平均值；
[0018](iii)根據自定的8值，結合上述步驟(i)和步驟(ii)的z值平均值計算值，得到各層最后一道粗銑刀路，實現對步驟(4)形成的新粗銑刀位軌跡源文件進行分層；
[0019]其中，所述粗-半精-精銑混合路徑生成操作具體包括下列步驟:
[0020](a)按照各層由粗到精或半精的加工順序將粗、半精-精銑兩個刀路文件融合成一個加工文件；
[0021](b)對步驟(a)生成的加工文件中，層內及層間的粗銑與半精-精銑刀路轉換過程進行刀具移動插補，采用刀路延伸、抬刀及圓弧插補方法，以避免刀具與葉片或夾具發生碰撞;
[0022](c)分別設定粗銑和半精-精銑的轉速，實現加工過程中不同轉速的變換；
[0023](d)生成并輸出處理后的完整粗-半精-精銑混合路徑加工文件，經后置處理后，用于大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的加工。
[0024]通過本發明的對五軸聯動機床的加工路徑進行粗-半精-精銑混合生成的方法，在整體葉輪葉片加工時，能在采用較多分層的情況下保證銑削大懸伸葉片時足夠強的加工剛度，由此減小甚至消除葉片的加工顫振，因而能獲得良好葉片加工表面，保證加工質量合乎要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合加工示意圖；
[0026]圖2為按照本發明的大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成方法的流程框圖。【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖對本發明進行進一步詳細說明。。
[0028]五軸機床NC加工程序由CAM軟件規劃刀路，再經后置處理得到。在CAM軟件規劃刀路時，一般粗、精銑刀路是分開生成的。在整體葉輪葉片的傳統加工過程中，也是先對葉片完成整體粗銑，再進行葉片的精銑操作。這樣，在加工大懸伸、弱剛性的整體葉輪葉片時，當完成整體粗銑后，由于精銑余量較小，此時葉片就變得相當薄，剛性很差，葉片頂端易產生顫振，導致加工表面存在振紋，加工表面質量變差，易產生廢品。為了改善這一加工缺陷，針對大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片，可以采用粗-半精-精混合加工的方法，本發明提供一種粗-半精-精銑混合路徑生成方法，同時對整體葉輪葉片的剛度變化進行變進給加工。
[0029]整體葉輪葉片粗-半精-精銑混合路徑的生成，涉及粗、半精、精銑刀路文件的提取、解析、分層和插補。以某一大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的銑削為例，來說明實現這一混合路徑生成的方法。
[0030]CAM刀路規劃軟件生成的刀位文件刀位行格式一般為:G0T0/x，y, z, i, j, k。其中，x, y, z為加工坐標系下的刀位點位置坐標[X y z]T, i, j, k為其對應的刀軸矢量[i j k]T。粗銑刀路的提取，以刀位軌跡源文件為基礎，根據粗銑道數進行提取滿足條件的刀位行。
[0031]本實施例所采用的精銑方法，生成的精銑刀路文件中已包含了半精銑刀路，在進行刀路分層前，需區分半精、精銑刀路，重新排列形成半精-精銑刀路文件。
[0032]粗、半精-精銑刀路的分層操作，其目的是在葉片銑削過程中，進行由粗到半精-精的逐層銑削，以保證足夠的剛度。首先對半精-精銑刀路進行分層，根據設定的精銑層數，對半精-精銑刀路均勻分層，各層最后一道精或半精銑刀路易獲得，進而可獲得該
道刀路所有刀位行的z值，計算其平均值
【權利要求】
1.一種整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，該方法包括下列步驟: (1)根據整體葉輪葉片的幾何形狀和工藝參數，分別生成葉片粗銑和精銑的刀位軌跡源文件，所述精銑包含半精銑部分； (2)對生成的葉片粗銑刀位軌跡源文件，根據設置的切削余量T提取靠近葉片的最后k道刀路，其中提取道數k自定，形成新粗銑刀位軌跡源文件； (3)對步驟(2)形成的新粗銑刀位軌跡源文件進行刀路重新排列，使CAM軟件規劃的粗銑刀位點能環繞葉片進行加工； (4)對步驟(1)生成的包含半精銑部分的精銑刀位軌跡源文件，將刀路的精銑部分和半精銑部分分別提取出來，并按照加工先后順序對刀路信息進行排序，形成半精-精銑刀路文件； (5)對步驟(3)重新排列后的粗銑刀路進行變進給操作，使進給率隨葉片銑削剛度的變強而逐層按比例遞增，同時對最后P層加工進行減速操作，其中減速層數P自定； (6)同樣，對步驟(4)生成的半精-精銑刀路文件進行變進給操作，方法與步驟(5)相同； (7)對步驟(6)變進給后的半精-精銑刀路文件進行刀路分層，層數根據整體葉輪葉片的懸伸長度、剛度和原精銑刀路pass數設定，該分層操作是均勻分層過程，即可獲取分層后各層的最后一道刀路的刀位信息； (8)對步驟(5)變進給后的新的粗銑刀位軌跡源文件，根據步驟(7)的半精-精銑刀路分層數和半精-精銑各層最后一道刀路的刀位信息，進行分層，層數與半精-精銑層數相同，同時各層的最后一道粗銑刀路刀位點位置信息中z值的平均值低于最后一道半精-精銑刀路刀位點位置信息中z值的平均值某一差值S，該8值自定，以保證互不干涉為前提; (9)將上述步驟(7)和步驟(8)分層所得的半精-精銑刀路文件和粗銑刀路文件進行路徑合成，按照各層由粗到精或半精的加工順序將兩個刀路文件融合成一個加工文件，合成過程中，同時實現加工過程的粗、精或半精銑轉換中刀具的路徑延伸及抬刀距離設定和圓弧插補操作，以保證刀具不與葉片或夾具發生干涉，以及分別設定粗銑和半精-精銑的轉速，以實現粗、半精-精銑的不同轉速轉換。
2.如權利要求1所述的整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，其中，所述粗銑刀路分層操作具體包括下列步驟: (i)根據上述步驟(7)中對半精-精銑刀路的分層數，依次計算各層最后一道精銑或半精銑刀路刀位點信息中的z值平均值； (ii)對上述步驟(5)變進給后的新粗銑刀位軌跡源文件中最靠近葉片的粗銑刀路，依次計算各道刀路的刀位點z值平均值； (iii)根據自定的8值，結合上述步驟(i)和步驟(ii)的z值平均值計算值，得到各層最后一道粗銑刀路，實現對步驟(4)形成的新的粗銑刀位軌跡源文件進行分層。
3.如權利要求1或2所述的整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，其中，所述粗-半精-精銑混合路徑生成操作具體包括下列步驟: (a)按照各層由粗到精或半精的加工順序將粗、半精-精銑兩個刀路文件融合成一個加工文件；(b)對步驟(a)生成的加工文件中，層內及層間的粗銑與半精-精銑刀路轉換過程進行刀具移動插補，采用刀路延伸、抬刀及圓弧插補方法，以避免刀具與葉片或夾具發生碰撞；(C)分別設定粗銑和半精-精銑的轉速，實現加工過程中不同轉速的變換； Cd)生成并輸出處理后的完整粗-半精-精銑混合路徑加工文件，經后置處理后，用于大懸伸、弱剛性整 體葉輪葉片的加工。
4.根據權利要求3所述的整體葉輪葉片的粗-半精-精銑混合路徑生成的方法，其中，在所述步驟(9)之后，將獲得粗-半精-精銑混合路徑NC程序輸入五軸聯動機床，以執行對大懸伸、弱剛性整體葉輪葉片的加工。
【文檔編號】G05B19/19GK103645674SQ201310628890
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】代星, 唐祥武, 丁漢, 鄢龍志, 嚴思杰, 張家軍 申請人:華中科技大學