CN108875843B - 一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法，属于复杂曲面多轴铣削加工领域。本发明通过构建混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库，并对待加工叶片模型与特征库进行匹配，同时根据匹配的结果不断更新特征库，为待加工叶片模型的特征曲面生成刀具轨迹提供了新思路和依据。

Description

一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法
技术领域
本发明涉及一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法，属于复杂曲面多轴铣削加工领域。
背景技术
水轮机是水力发电的原动机，叶片作为水轮机的关键部件，其制造精度对机组的效率等水力性能有直接的影响。传统的制造工艺方法，不仅制造周期太长，而且加工叶片的精度和表面质量都较低。由于混流式水轮机叶片型面特征复杂、体积大，所以即使目前采用的多轴联动数控加工技术也仍然需要采用试加工来验证和修改加工程序，使得加工效率较低、成本较高。因此如何高效率、高质量的加工混流式水轮机叶片成了一个亟待解决的问题，而对于高效率、高质量的加工混流式水轮机叶片需要用到刀具轨迹，如何生成需求的刀具轨迹成为需要解决的。
发明内容
本发明提供了一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法，以用于通过不断更新特征库的方式生成符合加工需求的刀具轨迹。
本发明的技术方案是：一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法，所述方法的具体步骤如下：
步骤S1：提取待加工混流式水轮机叶片模型的曲面特征信息，执行步骤S2-1；曲面特征信息具体包括正面、背面、与上冠相接带状回转面、与下冠相接带状回转面、进水边曲面和出水边曲面六个特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面，六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
步骤S2-1：利用图像识别技术将待加工混流式水轮机叶片模型特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面与混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库已有的特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面进行匹配：
若匹配结果得到混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的边界特征信息构成的特征曲面完全一样的，将混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面匹配得到的相同的曲面模板进行提取，执行步骤S3-1；
若匹配结果得到混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的边界特征信息没有完全一样的，则执行步骤S2-2；
步骤S2-2：将待加工混流式水轮机叶片模型六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图与混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图进行匹配，寻找混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中与待加工混流式水轮机叶片模型六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图重合度最高的作为最相似的曲面模板，继续进行步骤3-2；
步骤S3-1：从混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库提取匹配得到的相同的曲面模板对应的刀具轨迹作为待加工混流式水轮机叶片模型的刀具轨迹；
步骤S3-2：从混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中提取匹配得到的最相似的曲面模板对应的切削速度、进给速度、加工余量、切削深度、刀具信息在内的切削参数，对以上切削参数进行调整，直到应用调整后的切削参数对待加工混流式水轮机叶片模型特征曲面进一步生成刀具轨迹满足加工需求，并将满足加工要求的待加工混流式水轮机叶片模型的曲面特征信息、调整后的切削参数信息、生成的特征刀具轨迹存入混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库，更新混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库。
所述混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库包括切削参数特征库和刀具轨迹特征库：
所述切削参数特征库包括加工混流式水轮机叶片特征曲面所需的切削速度、进给速度、加工余量、切削深度和刀具信息；
所述刀具轨迹特征库包括混流式水轮机叶片模型的正面、背面、与上冠相接带状回转面、与下冠相接带状回转面、进水边曲面和出水边曲面六个特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面，曲率半径及相应的曲率半径云图，相应的刀具轨迹。
本发明的有益效果是：本发明通过构建混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库，并对待加工叶片模型与特征库进行匹配，同时根据匹配的结果不断更新特征库，为待加要叶片模型的特征曲面生成刀具轨迹提供了新思路和依据。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的切削参数特征库；
图3为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中正面的特征曲面；
图4为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中正面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
图5为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中正面的刀具轨迹；
图6为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中背面的特征曲面；
图7为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中背面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
图8为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中背面的刀具轨迹；
图9为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中与上冠相接带状回转面的特征曲面；
图10为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中与上冠相接带状回转面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
图11为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中与上冠相接带状回转面的刀具轨迹；
图12为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中与下冠相接带状回转面的特征曲面；
图13为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中与下冠相接带状回转面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
图14为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中与下冠相接带状回转面的刀具轨迹；
图15为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中进水边曲面的特征曲面；
图16为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中进水边曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
图17为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中进水边曲面的刀具轨迹；
图18为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中出水边曲面的特征曲面；
图19为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中出水边曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
图20为混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中的刀具轨迹特征库中出水边曲面的刀具轨迹。
具体实施方式
实施例1：如图1-图20所示，一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法，所述方法的具体步骤如下：
步骤S1：提取待加工混流式水轮机叶片模型的曲面特征信息，执行步骤S2-1；曲面特征信息具体包括正面、背面、与上冠相接带状回转面、与下冠相接带状回转面、进水边曲面和出水边曲面六个特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面，六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
步骤S2-1：利用图像识别技术将待加工混流式水轮机叶片模型特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面与混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库已有的特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面进行匹配：
若匹配结果得到混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的边界特征信息构成的特征曲面完全一样的，将混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面匹配得到的相同的曲面模板进行提取，执行步骤S3-1；
若匹配结果得到混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的边界特征信息没有完全一样的，则执行步骤S2-2；
步骤S2-2：将待加工混流式水轮机叶片模型六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图与混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图进行匹配，寻找混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中与待加工混流式水轮机叶片模型六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图重合度最高的作为最相似的曲面模板，继续进行步骤3-2；
步骤S3-1：从混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库提取匹配得到的相同的曲面模板对应的刀具轨迹作为待加工混流式水轮机叶片模型的刀具轨迹，结束；
步骤S3-2：从混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中提取匹配得到的最相似的曲面模板对应的切削速度、进给速度、加工余量、切削深度、刀具信息在内的切削参数，对以上切削参数进行调整，直到应用调整后的切削参数对待加工混流式水轮机叶片模型特征曲面进一步生成刀具轨迹满足加工需求，并将满足加工要求的待加工混流式水轮机叶片模型的曲面特征信息、调整后的切削参数信息、生成的特征刀具轨迹存入混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库，更新混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库，结束。
所述混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库包括切削参数特征库和刀具轨迹特征库：
所述切削参数特征库包括加工混流式水轮机叶片特征曲面所需的切削速度、进给速度、加工余量、切削深度和刀具信息(如图2展示了切削参数特征库中一个模型所对应的切削参数信息)；
所述刀具轨迹特征库包括混流式水轮机叶片模型的正面、背面、与上冠相接带状回转面、与下冠相接带状回转面、进水边曲面和出水边曲面六个特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面，曲率半径及相应的曲率半径云图，相应的刀具轨迹文件(Siemens NX软件生成的图3-20仅仅为切削参数特征库中一个模型所对应的特征曲面、曲率半径及相应的曲率半径云图、相应的刀具轨迹)。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (1)

1.一种混流式水轮机叶片刀轨生成方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
步骤S1：提取待加工混流式水轮机叶片模型的曲面特征信息，执行步骤S2-1；曲面特征信息具体包括正面、背面、与上冠相接带状回转面、与下冠相接带状回转面、进水边曲面和出水边曲面六个特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面，六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图；
步骤S2-1：利用图像识别技术将待加工混流式水轮机叶片模型特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面与混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库已有的特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面进行匹配：
若匹配结果得到混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的边界特征信息构成的特征曲面完全一样的，将混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面匹配得到的相同的曲面模板进行提取，执行步骤S3-1；
若匹配结果得到混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的边界特征信息没有完全一样的，则执行步骤S2-2；
步骤S2-2：将待加工混流式水轮机叶片模型六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图与混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图进行匹配，寻找混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中与待加工混流式水轮机叶片模型六个特征曲面的曲率半径及相应的曲率半径云图重合度最高的作为最相似的曲面模板，继续进行步骤3-2；
步骤S3-1：从混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库提取匹配得到的相同的曲面模板对应的刀具轨迹作为待加工混流式水轮机叶片模型的刀具轨迹；
步骤S3-2：从混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库中提取匹配得到的最相似的曲面模板对应的切削速度、进给速度、加工余量、切削深度、刀具信息在内的切削参数，对以上切削参数进行调整，直到应用调整后的切削参数对待加工混流式水轮机叶片模型特征曲面进一步生成刀具轨迹满足加工需求，并将满足加工要求的待加工混流式水轮机叶片模型的曲面特征信息、调整后的切削参数信息、生成的特征刀具轨迹存入混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库，更新混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库；
所述混流式水轮机叶片多轴铣削加工特征库包括切削参数特征库和刀具轨迹特征库：
所述切削参数特征库包括加工混流式水轮机叶片特征曲面所需的切削速度、进给速度、加工余量、切削深度和刀具信息；
所述刀具轨迹特征库包括混流式水轮机叶片模型的正面、背面、与上冠相接带状回转面、与下冠相接带状回转面、进水边曲面和出水边曲面六个特征曲面的点特征、线特征、面特征的边界特征信息构成的特征曲面，曲率半径及相应的曲率半径云图，相应的刀具轨迹。
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