CN106843155B - 一种螺旋桨分层选区加工编程的方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种螺旋桨分层选区加工编程的方法,包括以下步骤：1)将螺旋桨的设计数据与制造后毛坯测量的数据进行对比分析，得出各个数据点的加工余量。2)结合所用机床加工能力确定加工层及各加工层厚度。3)对各加工层内的加工区域进行划分。4)采用加工模板实现快速编程。5)对编程完成后的加工刀路进行后处理，得到机床可识别的运动代码。本发明中所述的分层选区编程方法对不同品质的毛坯进行加工编程时有更强的适应能力，能实现对指定区域的定向编程，对于加工余量大的区域实现定向选区加工，有效提高螺旋桨的加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋桨自动化加工制造领域，具体是一种螺旋桨分层选区自动化加工编程的方法。
背景技术
当前螺旋桨的加工已经实现了自动化数控编程，对于螺旋桨的加工制造效率有了很大的提高。经过对现有技术文献的检索发现：
现有技术一对于大型铝合金螺旋桨叶片五轴高速加工时，采取分段加工，不同部位不同的加工措施。现有技术二提供一种高效率、低能耗、不会破碎损坏镁合金工件的镁合金螺旋桨的精密加工方法。现有技术三公开一种螺旋桨不均匀加工余量调整方法，克服了螺旋桨不均匀加工余量需要人工调整的不足。
上述三份文献都部分的涉及螺旋桨的加工方法，其中第三件专利有涉及对于余量分布不均时进行自动调整，得到均匀余量后再加工。但是对于本发明中所述的针对余量分布不均时，对大余量区域进行定向定位的加工编程均未有涉及。
编程技术人员使用通用方法编程自动生成的螺旋桨加工刀轨可控性极差。不能实现对指定区域的定向加工，导致螺旋桨的生产制造周期较为漫长。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于改善当前螺旋桨自动化加工编程时柔性较差、适应性不足的问题；改进编程方法，提高加工效率，缩短加工时间。降低成产成本，提高企业收益。
技术方案：本发明所述的一种螺旋桨分层选区自动化加工编程的方法，在当前自动化加工编程技术的基础上应用新的方法，对螺旋桨叶片进行分层，在不同的切削层上再对叶片进行分区，以实现改进当前的编程方法，提高对编程区域的柔性控制。包括以下步骤：
步骤1：由螺旋桨初始设计数据及使用螺距规、三维扫描仪等设备测得的毛坯数据对比分析得出各测量点的加工余量。
步骤2：结合所用机床的加工能力如主轴转速、主轴扭矩、最大承载等确定各加工层的厚度及加工层数。
步骤3：确定出各加工层内的加工区域，将该加工层内需要加工的区域划分出来。
步骤4：依次对各加工层内的加工区域使用加工模板实现快速编程。
步骤5：对编程完成后的加工刀路进行后处理，得到机床可识别的运动代码。
进一步的，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：由所加工螺旋桨的设计数据与制造后的螺旋桨毛培测量所得数据对比计算得出理论加工余量。
步骤1.2：以测得的理论加工数据为基础，结合螺旋桨加工要求中的螺距公差、形状公差、叶厚公差等要求对各数据点进行加工余量的调整，确定出最终的加工余量，以实现在较小加工量的情况下达到加工要求。
进一步的，所述步骤2包括以下详细步骤：
步骤2.1：在步骤1所述的加工余量确定出来后，加工余量最大的数据点即可确定出来，其加工余量为Ma。所使用机床的加工能力在特定工作环境下是一定的，假设当其在转速为n时，切削深度为ap可得到较好的加工质量,则其加工层数即为
步骤2.2：由于全区域编程时会将整个螺旋桨面全部进行加工编程，即进行全区域的铣削加工，且此时为精加工会控制工件的表面质量，切削深度不宜增大以避免切削振动造成的表面质量问题。所以在优先加工大余量区域时，且并不是整数项时，可以适当降低切削进给速度，增加切削深度，以减少加工层的设置。各切削层设置如下：
其中：i为当前分区的加工层为第i层；h为当前加工层的切削深度；
在全区域范围内进行精加工半精加工时的切深要控制在ap之下，以得到较好的表面质量。
进一步的，所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：在确定了加工层为Nn后，当对第Nj层进行区域划分时，可以将理论设计模型偏置到该加工层，其距离为该加工层以下几个加工层厚度的和，即hj+1+…+hn。将偏置后的理论设计模型与毛坯模型对比，毛坯模型在理论设计模型之上的区域即为该加工层内的加工区域范围。或者通过三维建模软件的创建点功能，将加工余量值在所选加工层范围内的数据点，即加工余量值大于等于hj+1+…+hn的数据点全部创建出来。通过创建出来的点，可以看出毛坯件的加工余量分布情况以及分布规律。依据创建出的各数据点的分布规律选择合适的分区方法进行加工分区。
步骤3.2：在所选加工层的加工区域确定后需要单独划分出来，以进行指定区域的编程。分区方法可以根据所选加工层内的加工区域分布的形状特点予以选择。具体的如下：
第一种为环形分区法。当所选加工层确定后，创建出该加工层内的测量点。由于螺旋桨上各测量点是沿着半径的倍数呈环形分布的，所以当某一条截面线上的数据点的加工余量均在所选加工层内，或者大部分在所选的加工余量之内时，则以该截面线为参考基准，将螺旋桨加工区域进行分割，得到环形条状区域。该区域即为所选加工层加工余量较大的区域，需要进行加工编程。
第二种分区方法为圆形分区。当所选加工层确定后，创建出该加工层内的测量点。当某区域内仅有一个点或几个相近的点为加工余量较大的点时，则即以该区域内适当点为圆心，输入适当的半径创建圆形区域，将螺旋桨的加工面进行分割，得到圆形加工范围。在加工选定的加工层时选择该圆形区域进行加工编程即可。
第三种分区方法为选择多个点创建封闭的样条曲线进行分区。选定某一加工层后，创建出该加工层内的测量点。若在小块区域内有数个大余量点(加工余量大于预定值的点)，则可以以创建出来的大余量点为参考，在大余量点周围创建数个点，通过点创建出一条封闭的样条曲线将大余量点区域包含之内。再将此区域从螺旋桨的加工面中分割出来，作为该加工层的编程加工区域。
同样的，当以理论设计模型与毛坯模型直接对比分析来确定各加工层内的加工区域时，根据所选加工层内的加工区域分布的形状特点予以合理选择分区方式。
步骤3.3：加工层从上往下依次划分各加工层内的加工区域时，各加工层加工区域的划分Si为第i层加工层的加工区域的面积，S为选工件全部加工区域的面积。Ji为加工余量在第i层加工层范围内的数据点的个数，J为所选工件数据点的总数。在分区过程中，具体的有：
步骤3.3.1：当选用偏置设计模型确定各加工层的加工区域范围时：
步骤3.3.2：当选用通过创建各加工层加工余量范围内的数据点来判断加工区域时：
进一步的，所述步骤5即为将编程后的文件，经过依据所用机床的性能编制的后处理文件处理后，转换为机床可识别的运动代码，即完成了编程操作，可以进行后续的加工操作。
有益效果：对于某一类型的螺旋桨在自动化加工编程时，依据企业当前所使用设备的加工范围，通过实验或经验得出最优加工参数，并将这些加工参数固化下来，形成加工编程时的模板，对后续的同一类型的螺旋桨加工编程时便不再需要一一设定加工参数，直接使用模板选定进行分区后的螺旋桨所需加工的区域进行加工编程即可。可减少编程人员不必要的操作，以提高效率。采用本文中所述的分层选区加工编程方法会对不同品质的毛坯进行加工编程时有更强的适应能力，有效提高螺旋桨的加工效率。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2a至图2d是某一半径值处的测量点拟合曲线与标准点拟合曲线的剖面示意图以及分层示意图。
图3a和图3b是选定加工层后创建出加工余量该加工层内的数据点并进行环形分区示意图。
图4a和图4b是选定加工层后创建出加工余量该加工层内的数据点并进行圆形分区示意图
图5a和图5b是选定加工层后创建出加工余量该加工层内的数据点并进行封闭样条曲线分区示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术存在的问题，申请人对现有技术进行了深入地研究。提出了一下技术思路。
当某一螺旋桨投入生产制造时，其设计模型中各点的参数即为标准点数据。当毛坯生产制造完成后，需要对毛坯进行测量，在圆柱坐标系下毛坯上与设计模型的标准点具有相同的半径及转角的点即为测量点，测量所得数据即为测量点的数据。当采用的测量仪器具有电子记录功能时，将会自动记录下每个测量点的数据，并可以导出电子表格。将标准点数据与测量点数据进行对比，通过计算机计算得出每个标准点的轴向差值，也就是每个标准点轴向的理论加工余量。在满足加工公差要求的前提下，可以对理论加工余量进行修正，得到实际的加工余量值。
具体地，本发明所述的一种螺旋桨分层选区自动化加工编程的方法其特征是在当前自动化加工编程技术的基础上应用新的方法，对螺旋桨叶片进行分层，在不同的切削层上再对叶片进行分区，以实现改进当前的编程方法，提高对编程区域的柔性控制。包括以下步骤：
步骤1：由螺旋桨初始设计数据及使用螺距规、三维扫描仪等设备测得的毛坯数据对比分析得出各测量点的加工余量。
步骤2：结合所用机床的加工能力如主轴转速、主轴扭矩、最大承载等确定各加工层的厚度及加工层数。
步骤3：确定出各加工层内的加工区域，将该加工层内需要加工的区域划分出来。
步骤4：依次对各加工层内的加工区域使用加工模板实现快速编程。
步骤5：对编程完成后的加工刀路进行后处理，得到机床可识别的运动代码。
进一步的，步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：由所加工螺旋桨的设计数据与制造后的螺旋桨毛培测量所得数据对比计算得出理论加工余量。
步骤1.2：以测得的理论加工数据为基础，结合螺旋桨加工要求中的螺距公差、形状公差、叶厚公差等要求对各数据点进行加工余量的调整，确定出最终的加工余量，以实现在较小加工量的情况下达到加工要求。
进一步的，步骤2包括以下详细步骤：
步骤2.1：在步骤1所述的加工余量确定出来后，加工余量最大的数据点即可确定出来，其加工余量为Ma。所使用机床的加工能力在特定工作环境下是一定的，假设当其在转速为n时，切削深度为ap可得到较好的加工质量,则其加工层数即为
步骤2.2：由于全区域编程时会将整个螺旋桨面全部进行加工编程，即进行全区域的铣削加工，且当进行精加工半精加工时会注意控制工件的表面质量，切削深度不宜过大以避免切削振动造成的表面质量问题。所以在优先加工大余量区域时，且并不是整数项时，可以适当降低切削进给速度，增加切削深度，以减少加工层的设置。各切削层设置如下：
其中：i——当前分区的加工层为第i层
h——当前加工层的切削深度
在全区域范围内进行精加工半精加工时的切深要控制在ap之下，以得到较好的表面质量。
进一步的，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：在确定了加工层为Nn后，当对第Nj层进行区域划分时，可以将理论设计模型偏置到该加工层，其距离为该加工层以下几个加工层厚度的和，即hj+1+…+hn。将偏置后的理论设计模型与毛坯模型对比，毛坯模型在理论设计模型之上的区域即为该加工层内的加工区域范围。或者通过三维建模软件的创建点功能，将加工余量值在所选加工层范围内的数据点，即加工余量值大于等于hj+1+…+hn的数据点全部创建出来。通过创建出来的点，可以看出毛坯件的加工余量分布情况以及分布规律。依据创建出的各数据点的分布规律选择合适的分区方法进行加工分区。
步骤3.2：在所选加工层的加工区域确定后需要单独划分出来，以进行指定区域的编程。分区方法可以根据所选加工层内的加工区域分布的形状特点予以选择。具体的如下：
第一种为环形分区法。当所选加工层确定后，创建出该加工层内的测量点。由于螺旋桨上各测量点是沿着半径的倍数呈环形分布的，所以当某一条截面线上的数据点的加工余量均在所选加工层内，或者大部分在所选的加工余量之内时，则以该截面线为参考基准，将螺旋桨加工区域进行分割，得到环形条状区域，如图3a和图3b所示。该区域即为所选加工层加工余量较大的区域，需要进行加工编程。
第二种分区方法为圆形分区。当所选加工层确定后，创建出该加工层内的测量点。当某区域内仅有一个点或几个相近的点为加工余量较大的点时，则即以该区域内适当点为圆心，输入适当的半径创建圆形区域，将螺旋桨的加工面进行分割，得到圆形加工范围，如图4a和4b所示。在加工选定的加工层时选择该圆形区域进行加工编程即可。
第三种分区方法为选择多个点创建封闭的样条曲线进行分区。选定某一加工层后，创建出该加工层内的测量点。若在小块区域内有数个大余量点，则可以以创建出来的大余量点为参考，在大余量点周围创建数个点，通过点创建出一条封闭的样条曲线将大余量点区域包含之内。再将此区域从螺旋桨的加工面中分割出来，作为该加工层的编程加工区域，如图5a和图5b所示。
同样的，当以理论设计模型与毛坯模型直接对比分析来确定各加工层内的加工区域时，根据所选加工层内的加工区域分布的形状特点予以合理选择分区方式。
步骤3.3：加工层从上往下依次划分各加工层内的加工区域时，各加工层加工区域的划分Si为第i层加工层的加工区域的面积，S为选工件全部加工区域的面积。Ji为加工余量在第i层加工层范围内的数据点的个数，J为所选工件数据点的总数。在分区过程中，具体的有：
步骤3.3.1：当选用偏置设计模型确定各加工层的加工区域范围时：
步骤3.3.2：当选用通过创建各加工层加工余量范围内的数据点来判断加工区域时：
进一步的，步骤4具体的为：对于某一类型的螺旋桨在自动化加工编程时，依据企业当前所使用设备的加工范围，通过实验或经验得出最优加工参数，并将这些加工参数固化下来，形成加工编程时的模板，对后续的同一类型的螺旋桨加工编程时便不再需要一一设定加工参数，直接使用模板选定进行分区后的螺旋桨所需加工的区域进行加工编程即可。可减少编程人员不必要的操作，以提高效率。
进一步的，步骤5即为将编程后的文件，经过依据所用机床的性能编制的后处理文件处理后，转换为机床可识别的运动代码，即完成了编程操作，可以进行后续的加工操作。
同样的，当以理论设计模型与毛坯模型直接对比分析来确定各加工层内的加工区域时，根据所选加工层内的加工区域分布的形状特点予以合理选择分区方式。
简言之，本发明的螺旋桨分层选区加工编程方法,包括以下步骤：
1)将螺旋桨的设计数据与制造后毛坯测量的数据进行对比分析，得出各个数据点的加工余量。2)结合所用机床加工能力确定加工层及各加工层厚度。3)对各加工层内的加工区域进行划分。4)采用加工模板实现快速编程。5)对编程完成后的加工刀路进行后处理，得到机床可识别的运动代码。
本发明中所述的分层选区编程方法对不同品质的毛坯进行加工编程时有更强的适应能力，能实现对指定区域的定向编程，对于加工余量大的区域实现定向选区加工，有效提高螺旋桨的加工效率。
对于某一类型的螺旋桨在自动化加工编程时，依据企业当前所使用设备的加工范围，通过实验或经验得出最优加工参数，并将这些加工参数固化下来，形成加工编程时的模板，对后续的同一类型的螺旋桨加工编程时便不再需要一一设定加工参数，直接使用模板选定进行分区后的螺旋桨所需加工的区域进行加工编程即可。可减少编程人员不必要的操作，以进一步提高效率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (6)
1.一种螺旋桨分层选区加工编程的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：由螺旋桨初始设计数据，使用相关设备测得毛坯数据，对比分析得出各测量点的加工余量；
步骤2：结合所用机床的加工能力确定各加工层的厚度及加工层数，所述加工能力包括主轴转速、主轴扭矩和最大承载；
步骤3：确定出各加工层内的加工区域，并划分出该加工层内需要加工的区域；
步骤4：依次对各加工层内的加工区域使用加工模板实现快速编程；
步骤5：对编程完成后的加工刀路进行后处理，得到机床可识别的运动代码，完成编程工作；
所述步骤1具体包括以下步骤：
步骤1.1：由加工螺旋桨的设计数据Md与制造后的螺旋桨毛坯测量所得数据Mm计算得出理论加工余量Md-Mm；
步骤1.2：以得到的理论加工数据为基础，结合螺旋桨加工要求中的螺距公差、形状公差和叶厚公差对各数据点进行加工余量的调整ΔM，确定出最终的加工余量Md-Mm+ΔM。
2.根据权利要求1所述的螺旋桨分层选区加工编程的方法，其特征在于：所述步骤2包括以下详细步骤：
步骤2.1：在步骤1所述的加工余量确定出来后，确定加工余量最大的数据点，该数据点的加工余量为Ma；所使用机床的加工能力在特定工作环境下是一定的，假设当其在转速为n时，切削深度为ap可得到预期的加工质量，则其加工层数
步骤2.2：全区域编程时会将整个螺旋桨面全部进行加工编程，即进行全区域的铣削加工，且此时为精加工会控制工件的表面质量，切削深度应小于预定值以避免切削振动造成的表面质量问题；在加工大余量区域且为非整数项时，降低切削进给速度，增加切削深度，以减少加工层的设置；各加工层设置如下：
其中：i表示当前分区的加工层为第i层；h表示当前加工层的切削深度；
在全区域范围内进行精加工半精加工时的切深控制在ap之下，以得到符合预期的表面质量。
3.根据权利要求2所述的螺旋桨分层选区加工编程的方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：在确定了加工层为Nn后，当对第Nj层进行区域划分时，将理论设计模型偏置到该加工层，其距离为该加工层以下几个加工层厚度的和hj+1+…+hn；
将偏置后的理论设计模型与毛坯模型对比，毛坯模型在理论设计模型之上的区域即为该加工层内的加工区域范围；
或者，通过三维建模软件的创建点功能，将加工余量值在所选加工层范围内的数据点，加工余量值大于等于hj+1+…+hn的数据点全部创建出来；通过创建出来的点确定毛坯件的加工余量分布情况以及分布规律；依据创建出的各数据点的分布规律选择合适的分区方法进行加工分区；
步骤3.2：在所选加工层的加工区域确定后需单独划分出来，以进行指定区域的编程；分区方法可以根据所选加工层内的加工区域分布的形状特点予以选择；
步骤3.3：加工层从上往下依次划分各加工层内的加工区域时，各加工层加工区域的划分Si为第i层加工层的加工区域的面积，S为选工件全部加工区域的面积；Ji为加工余量在第i层加工层范围内的数据点的个数，J为所选工件数据点的总数；
在分区过程中，具体的有：
步骤3.3.1：当选用偏置设计模型确定各加工层的加工区域范围时：
步骤3.3.2：当选用通过创建各加工层加工余量范围内的数据点来判断加工区域时：
4.根据权利要求3所述的螺旋桨分层选区加工编程的方法，其特征在于，所述分区方法为：
当所选加工层确定后，创建出该加工层内的测量点：
螺旋桨上各测量点是沿着半径的倍数呈环形分布，当某一条截面线上的数据点的加工余量均在所选加工层内；或者大部分在所选的加工余量之内时，则以该截面线为参考基准，将螺旋桨加工区域进行分割，得到环形条状区域；
该区域即为所选加工层加工余量较大的区域，进行加工编程。
5.根据权利要求3所述的螺旋桨分层选区加工编程的方法，其特征在于，所述分区方法为：
当所选加工层确定后，创建出该加工层内的测量点；
当某区域内仅有一个点或几个相近的点为加工余量大于预定值的点时，则即以该区域内适当点为圆心，输入适当的半径创建圆形区域，将螺旋桨的加工面进行分割，得到圆形加工范围；
在加工选定的加工层时选择该圆形区域进行加工编程。
6.根据权利要求3所述的螺旋桨分层选区加工编程的方法，其特征在于，所述分区方法为：
选择多个点创建封闭的样条曲线进行分区：
选定某一加工层后，创建出该加工层内的测量点；若在预定区域内有数个大余量点，则以创建出来的大余量点为参考，在大余量点周围创建数个点，通过点创建出一条封闭的样条曲线将大余量点区域包含之内；
再将此区域从螺旋桨的加工面中分割出来，作为该加工层的编程加工区域。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Application publication date: 20170613 Assignee: Zhenjiang Kaituo Machinery Co., Ltd Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2020980007284 Denomination of invention: A programming method for machining propeller by layer and selective selection Granted publication date: 20190322 License type: Common License Record date: 20201029 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
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Assignee: Zhenjiang Kaituo Machinery Co., Ltd Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2020980007284 Date of cancellation: 20201223 |