CN102275122A - 一种整体叶盘叶片型面的数控抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体叶盘叶片型面的数控抛光方法，采用选择抛光轮；确定抛光行距；规划抛光路径；编制程序方法。数控编程采用的方法包含叶片参数化造型、叶片等距分割、拟合线段组和抛光轨迹确定的实施步骤。叶片型面参数化造型与流道线垂直的方向进行，叶片型面等距分割沿流道线方向进行，且分割距离为抛光轮直径的四分之一。在叶片型面的各分割线上等距插入分割点，依次选取相邻的分割线进行相邻位点的距离计算，得到拟合直纹面，最后由直纹面生成等距面确定抛光轨迹。本发明充分拟合了叶片型面的特征，保证了抛光轮与叶片型面间的良好接触，进而保障了整体叶盘叶片型面的精度，提高了整体叶盘的抛光效率。

Description

一种整体叶盘叶片型面的数控抛光方法

技术领域

本发明涉及一种用于整体叶盘叶片型面的数控抛光方法，属于航空发动机整体叶盘制造与加工技术领域。

背景技术

众所周知，航空发动机性能与可靠性的的提高，很关键的问题在于整体叶盘制造与加工技术。整体叶盘叶片型面为自由曲面，用球头铣刀进行行切加工，必然形成波峰波谷，且由于刀具在行切平面内运动，运动轨迹曲线曲率不同以及定位等因素，必然会导致行间的残留高度相差较大，所以整体叶盘在铣削加工后叶片表面必须进行抛光加工。

整体叶盘复杂的结构特性和难加工的材料特性给抛光加工工艺带来了困难，国外有限的整体叶盘叶片型面抛光技术对我国实行严密的技术封锁，国内目前主要依靠手工抛光的方法进行光整加工，其劳动强度大、效率低、工作环境恶劣、加工精度低、一致性差，严重影响着发动机的性能、工作可靠性及成本。

中国专利200920288462.2中提出了一种整体叶盘双驱动轴复合自动光整加工装置，该自动光整加工装置包括主轴、设备支架等组成，对不同形状、不同材质的整体叶盘类零件进行光整加工。专利01118250.4中公开了一种关于物理化学的电子束抛光方法，通过电极产生交接的作用在被抛物的表面击平，使被抛物产生光洁的平面。在专利02144068.9中介绍了一种电解抛光方法，通过在电解液内阳电极与反电极之间施加电压，同时使所述阳电极与靶材料的表面接触电解抛光靶材料。专利97113484.7中描述了一种化学机械抛光方法及所用设备，使用有不同特性的多种抛光器进行选择或连续抛光各种待抛光物，并提高抛光特性。

现有技术及上述专利所涉及内容重点在于抛光原理和设备，对于数控编程抛光方法极少论述，而且部分抛光方法对于整体叶盘叶片类复杂结构件并不适用，设备使用较为单一，人工操作抛光加工效率低、抛光过程去除量不均匀，精度难以保证，容易造成叶盘叶片损伤。

发明内容

为了克服现有技术设备使用较为单一，不适于整体叶盘叶片型面数控抛光的不足；人工操作抛光加工效率低、抛光过程去除量不均匀，精度难以保证的缺陷，本发明提供一种用于整体叶盘叶片型面的数控抛光方法，即采用直纹面拟合逼近叶片型面的抛光方法，保证抛光轮与叶片型面保持良好的接触，提高了抛光加工精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据抛光轮结构选择测量抛光轮，确定对抛光物体的抛光行距，采用其纵抛的加工路径；数控编程采用了直纹面拟合逼近叶片型面的方法，包含叶片参数化造型，叶片等距分割、拟合线段组和抛光轨迹确定的实施步骤。叶片型面参数化造型与流道线垂直的方向进行，叶片型面等距分割沿流道线方向进行，且分割距离为抛光轮直径的四分之一。在叶片型面的各分割线上分别等距插入分割点，依次选取相邻的分割线进行相邻位点的距离计算，得到一系列拟合线段组，即可拟合直纹面。最后由直纹面生成等距面，等距面离散成直线，通过直线上的分割点确定了抛光轨迹。

本发明整体叶盘叶片型面的数控抛光方法，其特点是包括下述步骤：

步骤1：根据抛光轮结构，对选择的抛光轮进行尺寸测量；使用游标卡尺准确测量圆柱体抛光轮的直径D和高度H；

步骤2：确定对抛光物体的抛光行距，确定行距为抛光轮高度的二分之一；为确保抛光轮能顺利研抛到整体叶盘叶片的每个区域，抛光行距应尽可能小，同时兼顾工作效率；

步骤3：确定采用抛光的加工路径，抛光路径分为沿u向的纵抛和沿v向的横抛；将整体叶盘使用时气体流通的方向，即流道线方向记为u，与流道线垂直的方向记为v，纵抛能使抛光轮较好的贴合工件表面，可以自由跟随叶片表面的曲率变化，加工效率高，故采用纵抛的加工路径；

步骤4：编制数控抛光程序，实现整体叶盘叶片型面的精抛光；保持抛光轮与叶片型面良好的接触，以减小拟合误差，采用直纹面拟合逼近叶片的方法，其具体实施步骤如下：

(1)根据整体叶盘叶片型面理论三维模型，在模型上沿与流道线垂直的方向插入等距参数线i条，通过这一组曲线扫掠出叶片型面曲面，完成叶片型面参数化造型；

(2)在叶片型面流道线方向上插入等分线j条，即将叶片型面等分成(j-1)段，为提高抛光精度，每段宽度等于抛光轮直径D的四分之一；

(3)以第k段叶片型面为例，在第k条和k+1条叶片分割线上分别插入m和n个点；

(4)记分割线k上的任意某点为m_k，分别连接m_k与点集n，得到n条线段，通过比较n条线段长度与第k段叶片距离之间的误差，获得定点m_k处拟合线段最小值，进而获得第k条分割线上m个点的拟合线段，从而获得第k段叶片型面的拟合线段组，通过这一组拟合线段扫掠出第i段叶片型面的拟合直纹面；

(5)将直纹面沿叶片表面法向进行偏移，偏移距离为抛光轮半径，即D/2，由直纹面生成了等距面，在等距面u向上插入p条等距线，将等距面离散成直线，且每两条等距线的距离为抛光轮直径的八分之一；

(6)在第五步生成的每条等距线上插入q个点，以第h条和第h+1条等距线上的对应点q_h和q_h+1为例，把q_h点的x、y、z坐标作为抛光轮与叶片表面的接触点，线段q_hq_h+1的方向为抛光轮的中心轴线矢量方向，从而确定了抛光轨迹；

(7)根据第六步确定的抛光轮运动轨迹，编辑程序抛光叶片。

有益效果

本发明提出的整体叶盘叶片型面的数控抛光方法，采用对抛光轮结构尺寸测量选择抛光轮；确定对抛光物体的抛光行距；为保证整体叶盘叶片型面的抛光精度和加工效率高，采用其纵抛的加工路径；数控编程采用了直纹面拟合逼近叶片型面的方法，包含叶片参数化造型，叶片等距分割、拟合线段组和抛光轨迹确定的实施步骤。叶片型面参数化造型与流道线垂直的方向进行，叶片型面等距分割沿流道线方向进行，且分割距离为抛光轮直径的四分之一。在叶片型面的各分割线上分别等距插入分割点，依次选取相邻的分割线进行相邻位点的距离计算，得到一系列拟合线段组，即可拟合直纹面。最后由直纹面生成等距面，等距面离散成直线，通过直线上的分割点确定了抛光轨迹。

本发明基于整体叶盘叶片型面抛光工艺要求，采用直纹面拟合逼近叶片型面的抛光方法，充分拟合了叶片型面的特征，保证抛光轮与叶片型面间保持良好的接触，提高了抛光加工精度，提高了整体叶盘的抛光效率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种整体叶盘叶片型面的数控抛光方法作进一步说明。

图1是本发明方法选择的抛光轮结构尺寸示意图。

图2是本发明的实施例整体叶盘叶片型面的区域分割图。

图3是本发明的实施例整体叶盘叶片型面分割线上某点的拟合线段图。

图4是本发明的实施例利用拟合线段组生成的整体叶盘叶片型面第k段直纹面图。

图5是本发明的实施例整体叶盘叶片型面第k段区域的抛光轨迹。

图中：

1.等距面  2.整体叶盘轮毂  3.抛光轨迹方向  4.抛光轨迹接触点

具体实施方式

本实施例是一种整体叶盘叶片型面的数控抛光方法。应用数控抛光方法对某型航空发动机整体叶盘叶片型面进行抛光加工，具体步骤为：

第一步，测量抛光轮的尺寸；根据选择的抛光轮，使用游标卡尺准确测量圆柱体抛光轮的直径D和高度H，如图1所示；

第二步，确定抛光行距；为确保抛光轮能顺利抛到整体叶盘叶片的每个区域，同时兼顾工作效率，确定行距为抛光轮高度的二分之一；

第三步，规划抛光路径；将流道线方向记为u，与流道线垂直的方向记为v。采用沿u向的纵抛路径能使抛光轮较好的贴合工件表面，加工效率高；

第四步，为减小拟合误差采用直纹面拟合叶片的编程方法，以某发动机叶片为例，其具体实施步骤如下：

步骤1：基于UG三维软件环境，根据整体叶盘叶片型面理论三维模型，在模型沿v方向上插入等距参数线i条，通过这一组曲线扫掠出叶片型面曲面，完成叶片型面参数化造型；

步骤2：在参数化后的叶片型面u方向插入等分线j条，将叶片型面沿等分成(j-1)段，每段宽度为抛光轮直径D的四分之一，参见图2；

步骤3：以第k段叶片型面为例，在第k条和k+1条叶片分割线上分别插入m和n个点；

步骤4：记分割线k上的任意某点为m_k，分别连接m_k与点集n，得到n条线段，如图3所示，通过比较n条线段长度与第k段叶片距离之间的误差，获得定点m_k处拟合线段最小值，进而获得第k条分割线上m个点的拟合线段；最终获得如图4所示的第k段叶片型面拟合线段组，通过这一组拟合线段扫掠出第i段叶片型面的拟合直纹面；

步骤5：直纹面生成等距面，等距面离散成直线，将直纹面沿叶片表面法向偏移一定的距离，偏移距离等于抛光轮的半径，即由直纹面生成了等距面；在等距面u向上插入p条等距线，将等距面离散成直线，且每两条等距线的距离为抛光轮直径的八分之一，如图5所示；

步骤6：确定抛光轨迹，在第五步生成的每条等距线上插入q个点，以第h条和第h+1条等距线上的对应点q_h和q_h+1为例，把q_h点的x、y、z坐标作为抛光轮与叶片表面的接触点，线段q_hq_h+1的方向为抛光轮的中心轴线矢量方向，从而确定了抛光轨迹，如图5所示；

步骤7：根据第六步确定的抛光轮运动轨迹，编辑程序抛光叶片。

基于整体叶盘叶片型面抛光工艺要求，应用上述步骤得到的抛光方法，经对某型发动机整体叶盘的抛光试验，验证了该方法完全能够保证整体叶盘叶片型面的加工精度，实现了自动化抛光。

Claims (1)

1.一种整体叶盘叶片型面的数控抛光方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：确定抛光轮结构，根据抛光轮结构准确测量圆柱体抛光轮的直径D和高度H；

步骤2：确定对抛光物体的抛光行距，确定行距是抛光轮高度的二分之一；

步骤3：确定采用抛光的加工路径，抛光路径分为沿u向的纵抛和沿v向的横抛；将流道线方向记为u，与流道线垂直的方向记为v，纵抛能使抛光轮较好的贴合工件表面，可自由跟随叶片表面的曲率变化，采用纵抛的加工路径；

步骤4：编制数控抛光程序，以减小拟合误差，采用直纹面拟合逼近叶片的方法，其具体实施步骤如下：

(1)根据整体叶盘叶片型面三维模型，在模型上沿与流道线垂直的方向插入等距参数线i条，扫掠出叶片型面曲面，完成叶片型面参数化模型；

(2)在叶片型面流道线方向上插入等分线j条，即将叶片型面等分成(j-1)段，每段宽度等于抛光轮直径的四分之一；

(3)以第k段叶片型面为例，在第k条和k+1条叶片分割线上分别插入m和n个点；

(4)记分割线k上的任意某点为m_k，分别连接m_k与点集n，得到n条线段，通过比较n条线段长度与第k段叶片距离之间的误差，获得定点m_k处拟合线段最小值，进而获得第k条分割线上m个点的拟合线段，并获得第k段叶片型面的拟合线段组，通过拟合线段扫掠出第i段叶片型面的拟合直纹面；

(5)将直纹面沿叶片表面法向进行偏移，偏移距离为抛光轮半径，由直纹面生成了等距面，在等距面u向上插入p条等距线，将等距面离散成直线，且每两条等距线的距离为抛光轮直径的八分之一；

(6)在第五步生成的每条等距线上插入q个点，以第h条和第h+1条等距线上的对应点q_h和q_h+1为例，把q_h点的x、y、z坐标作为抛光轮与叶片表面的接触点，线段q_hq_h+1的方向为抛光轮的中心轴线矢量方向，从而确定了抛光轨迹；

(7)根据第六步确定的抛光轮运动轨迹，编辑程序抛光叶片。

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