CN103499947B

CN103499947B - 一种高温合金复杂曲面零件的数控加工方法

Info

Publication number: CN103499947B
Application number: CN201310472742.XA
Authority: CN
Inventors: 刘玉波; 赵灿; 王学惠; 王旭峰; 冯明军; 冯准; 徐衍峰
Original assignee: Heilongjiang University of Science and Technology
Current assignee: Heilongjiang University of Science and Technology
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: CN103499947A

Abstract

一种高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，解决高温合金复杂曲面零件加工过程中产生过切和振纹的问题。该方法借助于四元数节点光顺法、POWERMILL软件和五轴高速加工中心实现，首先根据四元数节点光顺法使节点的刀具姿态光顺，然后通过POWERMILL软件获得节点分布均匀的刀具加工轨迹，并生成数控加工程序，在数控系统中对数控加工程序进行优化，实现数控加工系统对复杂曲面零件的加工。本发明方法结合四元数节点光顺法、POWERMILL软件处理及数控加工程序优化方法，消除了高温合金复杂曲面零件加工过程中产生的过切和振纹。

Description

一种高温合金复杂曲面零件的数控加工方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种基于四元数节点光顺法、通过POWERMILL软件处理及数控加工程序优化对高温合金复杂曲面零件进行数控加工的方法。

技术背景

高温合金属于难加工材料，对于高温合金复杂曲面零件，在加工过程中，在零件曲率半径发生变化的节点处刀具走刀方向发生很大的转向，最大值可达180o，致使刀轴受力方向产生突变，刀轴运动不连续，进而引起刀轴振动，在高温合金复杂曲面零件表面产生振纹和过切现象。

因在加工复杂曲面零件时，随着刀轴矢量方向的改变、数控机床五轴联动速度匹配的不完善以及加工曲面处产生的向心力，刀具产生速度减慢或停顿现象，在工件表面变会产生振纹。

发明内容

本发明提供一种高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，基于四元数节点光顺法、通过POWERMILL软件处理及数控加工程序优化的方法，解决高温合金复杂曲面零件加工过程中产生过切和振纹的问题。在高温合金复杂曲面零件加工过程中，在零件表面曲率半径发生变化的节点处，由于刀轴运动不连续、刀轴矢量方向发生变化，导致待加工零件表面产生过切和振纹，本发明提供一种高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，该方法基于四元数节点光顺法、通过POWERMILL软件处理及数控加工程序优化的方法，消除高温合金复杂曲面零件加工过程中产生的过切和振纹。

本发明实现发明目的所采用的技术方案是，该加工方法包括如下步骤：

步骤一、根据复杂曲面零件的数模文件，获取走刀方向发生转向的节点的位置曲面，将节点位置曲面上的离散刀具姿态点矢量设定为单位球面上的离散质点矢量，根据四元数理论，将四元数空间里的N个离散的质点进行曲线拟合，使曲线光顺，得到节点位置曲面的四元数节点光顺表达式；

步骤二、将四元数节点光顺表达式输入POWERMILL软件，利用POWERMILL软件提供的曲面投影加工方式，采用驱动曲面方式，调整POWERMILL软件中的公差系数和网格系数的数值，每设置一组公差系数和网格系数数值后，在POWERMILL软件中模拟走刀过程，检查刀轨在工件表面上是否光顺和有无过切产生，选取使刀轨光顺无过切的一组公差系数和网格系数的数据进行保存；

步骤三、在POWERMILL软件中，在点分布界面上，输出类型选择“重新分布”，勾中“点分离限界”和“限制最大三角形长度”，实现点分布均匀操作，生成刀轨路径文件，然后通过POWERMILL软件中的后置处理程序，生成适合五轴高速加工中心的数控加工程序；

步骤四、将所述的数控加工程序输入到数控系统中，在数控系统中设置刀具半径补偿值，采用易于加工的金属材料对数控系统中所设定的数控加工程序进行试切校验，将无过切产生的刀具半径补偿值做为设定值，保存到数控系统中；

步骤五、在数控系统中，设置曲线节点处的切削速度，采用易于加工的金属材料对数控系统中所设定的数控加工程序进行试切校验，将无振纹产生的切削速度值做为设定值，保存到数控系统中；

步骤六、在数控系统中重新生成数控加工程序，数控加工系统利用所述重新生成的数控加工程序，对复杂曲面零件进行加工。

具体实施方式

基于四元数节点光顺法、通过POWERMILL软件处理及数控加工程序优化对高温合金复杂曲面零件进行数控加工的方法，其具体工作流程为：首先根据四元数节点光顺法使节点的刀具姿态光顺，然后通过POWERMILL软件获得节点分布均匀的刀具加工轨迹，并生成数控加工程序，在数控系统中对数控加工程序进行优化，实现数控加工系统对复杂曲面零件的加工。

本发明提供的加工方法包括如下步骤：

由于根据Shoemake的四元数理论,单位球体上的四个空间点可以形成四元数曲线。将节点位置曲面上的离散刀具姿态点矢量设定为单位球面上的离散质点矢量，节点处的刀具姿态曲线的光顺性问题就可以归解为四元数空间里的N个离散的点的曲线拟合问题，保证了插值矢量均匀分布，吃刀量均匀，使拟合曲线光顺。

POWERMILL软件为一种数控加工编程软件系统，可基于输入模型快速产生刀具路径,生成数控加工程序，主要用于模具加工，提供零件的加工策略。

本发明实施例中，所使用的五轴高速加工中心为HSM600U的五轴高速加工中心。

本发明实施例中，所述步骤一中，所述节点位置曲面的四元数节点光顺表达式为：

D (t) = (\begin{matrix} {q_{0}}^{2} + {q_{1}}^{2} - {q_{2}}^{2} - {q_{3}}^{2} & 2 (q_{1} q_{2} - q_{0} q_{3}) & 2 (q_{1} q_{3} + q_{0} q_{2}) \\ 2 (q_{1} q_{2} + q_{0} q_{3}) & {q_{0}}^{2} - {q_{1}}^{2} + {q_{2}}^{2} - {q_{3}}^{2} & 2 (q_{2} q_{3} - q_{0} q_{1}) \\ 2 (q_{1} q_{3} + q_{0} q 2) & 2 (q_{1} q_{2} + q_{0} q_{3}) & {q_{0}}^{2} - {q_{1}}^{2} - {q_{2}}^{2} + {q_{3}}^{2} \end{matrix})

本发明实施例中，所述步骤二中，设置所述公差系数和网格系数的数值时，所述设置数值均在0.05～0.5之间选取。

本发明实施例中，所述步骤四中，所述刀具半径补偿值大于所用刀具的实际半径值。

在数控系统中设置的刀具半径补偿值比所用刀具的实际半径值略大，这样可在易产生过切点处留出部分加工余量，进一步避免过切产生。

本发明实施例中，所述步骤五中，所述切削速度大于初始切削速度，初始切削速度为刀具标定的切削速度。

因为在加工复杂曲面零件时，随着刀轴矢量方向的改变、数控机床五轴联动速度匹配的不完善以及加工曲面处产生的向心力，刀具产生速度减慢或停顿现象，在工件表面变产生振纹。在数控系统中对切削速度进行重新设定，设置的切削速度略大于初始切削速度，避免振纹的产生。所述刀具标定的切削速度为刀具制造商针对不同加工材料所给出的切削速度推荐值。

本发明根据四元数节点光顺法使节点的刀具姿态光顺，然后通过POWERMILL软件获得节点分布均匀的刀具加工轨迹，并生成数控加工程序，在数控系统中对数控加工程序进行优化，实现数控加工系统对复杂曲面零件的加工，消除高温合金复杂曲面零件加工过程中产生的过切和振纹。

Claims

1.一种高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，借助于四元数节点光顺法、POWERMILL软件和五轴高速加工中心实现，首先根据四元数节点光顺法使节点的刀具姿态光顺，然后通过POWERMILL软件获得节点分布均匀的刀具加工轨迹，并生成数控加工程序，在数控系统中对数控加工程序进行优化，实现数控加工系统对复杂曲面零件的加工，其特征在于：该加工方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，其特征在于：所述的步骤一中，所述节点位置曲面的四元数节点光顺表达式为：

D (t) = (\begin{matrix} {q_{0}}^{2} + {q_{1}}^{2} - {q_{2}}^{2} - {q_{3}}^{2} & 2 (q_{1} q_{2} - q_{0} q_{3}) & 2 (q_{1} q_{3} + q_{0} q_{2}) \\ 2 (q_{1} q_{2} + q_{0} q_{3}) & {q_{0}}^{2} - {q_{1}}^{2} + {q_{2}}^{2} - {q_{3}}^{2} & 2 (q_{2} q_{3} - q_{0} q_{1}) \\ 2 (q_{1} q_{3} + q_{0} q 2) & 2 (q_{1} q_{2} + q_{0} q_{3}) & {q_{0}}^{2} - {q_{1}}^{2} - {q_{2}}^{2} + {q_{3}}^{2} \end{matrix})

3.根据权利要求1所述的高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，其特征在于：所述的步骤二中，设置公差系数和网格系数的数值时，所述设置数值均在0.05～0.5之间选取。

4.根据权利要求1所述的高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，其特征在于：所述步骤四中，所述刀具半径补偿值大于所用刀具的实际半径值。

5.根据权利要求1所述的高温合金复杂曲面零件的数控加工方法，其特征在于：所述步骤五中，所述切削速度大于初始切削速度，初始切削速度为刀具标定的切削速度。