CN109570591A - 离心叶轮切削加工方法及装置和离心叶轮加工设备 - Google Patents

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CN109570591A CN201910016375.XA CN201910016375A CN109570591A CN 109570591 A CN109570591 A CN 109570591A CN 201910016375 A CN201910016375 A CN 201910016375A CN 109570591 A CN109570591 A CN 109570591A
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张旭东
秦长江
陈小告
陈平浪
毛美姣
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Abstract

本发明实施例公开了一种离心叶轮切削加工方法及装置和离心叶轮切削加工设备。所述离心叶轮切削加工方法例如包括：建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法可控制、降低离心叶轮的加工误差从而提升离心叶轮的加工精度。

Description

离心叶轮切削加工方法及装置和离心叶轮加工设备
技术领域
本发明涉及机械切削加工技术，尤其涉及一种离心叶轮切削加工方法及装置和一种离心叶轮切削加工设备。
背景技术
离心叶轮是航空发动机中高速转动的关键部件，其加工质量例如加工精度直接影响到航空发动机的工作性能。由于离心叶轮复杂的几何结构特征以及其叶片的低刚度特性，因此，离心叶轮需要用到五轴数控机床来加工以达到零件表面质量要求。五轴数控加工是一种先进的加工技术，广泛应用于复杂曲面类零件的加工。五轴数控机床通过控制刀具进行空间复杂轨迹的运动以切除零件多余材料。在实际的五轴联动数控机床加工中存在着许多加工误差，例如切削力会引起叶片变形误差从而导致零件加工残余量不均匀，刀具运动方式、五轴联动数控机床的结构和插补方法会影响刀具加工误差。因此如何控制并降低离心叶轮的加工误差是国内外学者值得深入研究的一个课题。
发明内容
因此，本发明的实施例提供一种离心叶轮切削加工方法及装置和一种离心叶轮切削加工设备，以控制、降低离心叶轮的加工误差从而提升离心叶轮的加工精度。
一方面，本发明实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法，包括步骤：建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
另一方面，本发明实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法，包括：构建模拟加工变形后的叶片补偿面；基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹；以及根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
在本发明的一个实施例中，所述构建模拟加工变形后的叶片补偿面的步骤具体包括：建立所述离心叶轮的三维模型；对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形值；以及根据所述叶片变形值拟合得到所述叶片补偿面。
在本发明的一个实施例中，所述基于所述叶片补偿面建立刀具包络面的步骤具体包括：根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；以及基于包络原理和所述刀具轨迹建立刀具包络面。
在本发明的一个实施例中，在在根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮之前，所述离心叶轮切削加工方法还包括：根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面；以及对比分析所述优化后刀具包络面与所述叶片补偿面的优化后误差和所述刀具包络面与所述叶片补偿面的所述误差。
又一方面，本发明实施例提供的一种离心叶轮切削加工装置，其特征在于，包括：叶片补偿面构建模块，用于构建模拟加工变形后的叶片补偿面；刀具包络面建立模块，用于基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；误差分布分析模块，用于分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；刀具轨迹优化模块，用于根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；以及数控程序生成模块，用于根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
在本发明的一个实施例中，所述离心叶轮切削加工装置还包括：刀具包络面优化模块，用于根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面。
在本发明的一个实施例中，所述叶片补偿面构建模块构建模拟加工变形后的叶片补偿面具体包括：建立所述离心叶轮的三维模型；对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形误差值；以及根据所述叶片变形误差值拟合得到所述叶片补偿面。
在本发明的一个实施例中，所述刀具包络面建立模块基于所述叶片补偿面建立刀具包络面的步骤具体包括：根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；以及基于包络原理和所述刀具轨迹建立刀具包络面。
又一方面，本发明实施例提供的一种离心叶轮切削加工设备，包括设备本体和控制器，所述控制器安装于所述设备本体上，所述控制器用于：构建模拟加工变形后的叶片补偿面、基于所述叶片补偿面建立刀具包络面、分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布、根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹、以及根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以控制所述设备本体加工离心叶轮。
上述的一个或多个技术方案可以具有如下优点：本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法通过构建弹性变形后的叶片补偿面并基于所述叶片补偿面建立刀具包络面，再通过分析刀具包络面与叶片补偿面的误差分布并基于误差分布和刀具轨迹优化算法进行刀具轨迹优化，以生成数控程序加工离心叶轮，控制、降低了加工后的离心叶轮的加工误差，从而提高离心叶轮的加工精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法的流程示意图；
图2a为本发明第二实施例提供的锥刀包络面的结构示意图；
图2b为图2a中的锥刀包络面的局部截面示意图；
图3为本发明第二实施例提供的离心叶轮的三维模型示意图；
图4a为图3所示的离心叶轮的叶片上第一层第1个刀位点的变形示意图；
图4b为图3所示的离心叶轮的叶片上第一层第21个刀位点的变形示意图；
图5a为图3所示的离心叶轮的叶片变形二维示意图；
图5b为图3所示的离心叶轮的叶片变形三维示意图；
图6为图3所示的离心叶轮的叶片上刀位点拟合成空间直线的示意图；
图7为图6所示的空间直线拟合成叶片补偿面的示意图；
图8为图3所示的离心叶轮的刀具包络面与叶片补偿面的干涉示意图；
图9为图3所示的离心叶轮的刀具包络面与叶片补偿面的误差分布示意图；
图10为图3所示的离心叶轮的优化后刀具包络面与叶片补偿面的干涉示意图；
图11为图3所示的离心叶轮的优化后刀具包络面与叶片补偿面的误差分布示意图；
图12为基于叶片补偿面优化后的离心叶轮和未基于叶片补偿面优化后的离心叶轮加工后的叶片误差曲线示意图；
图13为本发明第二实施例提供的另一种离心叶轮切削加工方法的流程示意图；
图14为本发明第三实施例提供的一种离心叶轮切削加工装置的结构示意图；
图15为本发明第四实施例提供的一种离心叶轮切削加工设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
参见图1，其为本发明第一实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法的流程示意图。本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法适用于多轴机床例如五轴联动数控加工机床离心叶轮例如整体式离心叶轮。如图1所示，本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法包括步骤：
S11：构建模拟加工变形后的叶片补偿面；
S13：基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；
S15：分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；
S17：根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹；以及
S19：根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
为便于理解本发明，下面对本实施例的离心叶轮切削加工方法的各个步骤进行描述。
离心叶轮例如整体离心叶轮包括有多个薄壁叶片。薄壁叶片具有复杂曲面外形。对于离心叶轮这类复杂的零部件而言，其加工过程通常是先建立三维模型，然后通过计算机专业软件对其进行分析、并规划刀具轨迹，最后根据刀具轨迹生成数控程序加工离心叶轮。下面将详细介绍本实施例提出的离心叶轮切削加工方法。
步骤S11：构建模拟加工变形后的叶片补偿面。具体地，首先建立所述离心叶轮的三维模型；然后对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形值；最后根据所述叶片变形值拟合得到所述叶片补偿面。
步骤S13：基于所述叶片补偿面建立刀具包络面。具体地，首先，根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹。然后，运用包络原理并根据所述刀具轨迹建立刀具包络面。
步骤S15：分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布。
步骤S17：根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹。
步骤S19：根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
当然，在步骤S19之前，本实施例的离心叶轮切削加工方法还例如包括：根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面；以及对比分析所述优化后刀具包络面与所述叶片补偿面的优化后误差和所述刀具包络面与所述叶片补偿面的所述误差。这样一来，在建立优化后刀具包络面、可以得到并分析优化后刀具包络面与所述叶片补偿面的优化后误差。将得到的优化后误差与步骤S15中的误差分布进行对比分析。当对比分析结果显示优化后误差小于步骤S15中的误差时，则理论预测和验证优化后刀具轨迹加工的离心叶轮的误差会小于优化前的刀具轨迹，可进一步确保提升加工后的离心叶轮的加工精度。
综上所述，本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法通过构建弹性变形后的叶片补偿面并基于所述叶片补偿面建立刀具包络面，再通过分析刀具包络面与叶片补偿面的误差分布并基于误差分布和刀具轨迹优化算法进行刀具轨迹优化，以生成数控程序加工离心叶轮，控制、降低了加工后的离心叶轮的加工误差，从而提高离心叶轮的加工精度。另外，在根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮之前，离心叶轮切削加工方法还包括根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面、以及对比分析所述优化后刀具包络面与所述叶片补偿面的优化后误差和所述刀具包络面与所述叶片补偿面的所述误差，这样可进一步确保提升加工后的离心叶轮的加工精度。
第二实施例
另外，本发明第二实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法，包括：
首先，建立叶片补偿面。建立离心叶轮三维模型并对整体离心叶轮的三维模型进行仿真分析以及处理，最终构建离心叶轮弹性变形后的叶片补偿面。具体地，在三维建模软件中建立离心叶轮的三维模型，并将离心叶轮的三维模型导入到分析软件进行静力学分析、铣削过程模拟。在分析软件中进行相关设置和定义，例如，定义材料属性、指定单元类型、网格划分、约束定义，定义叶片上u向参数若干刀位点和v向参数若干刀位点等。此处的u向参数和v向参数为曲面uv坐标系中的两个坐标方向参数，用于描述点在曲面上的位置。最后进行后处理从而获得离心叶轮叶片加工变形值和变化规律。利用最小二乘法将变形后的离散的刀位点进行空间线性拟合，例如将所有u向参数段的离散刀位点分别拟合成空间直线，之后将拟合后的空间直线构造成直纹曲面，得到叶片补偿面。
之后，基于叶片补偿面建立刀具包络面。具体地，在建立叶片补偿面后，首先对叶片补偿面进行刀具轨迹规划。刀具轨迹规划的方法可采用现有技术中的刀具轨迹规划方法，例如可采用Chiou等提出的方法(Chiou J C J.Accurate tool position for five-axis ruled surface machining by swept envelope approach[J].Computer-AidedDesign,2004,36(10):967-974)完成刀具轨迹规划。然后，利用包络原理对叶片补偿曲面建立刀具包络面。具体地，本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法所用刀具通常为圆锥球头螺旋铣刀。本实施例以锥形铣刀(以下简称锥刀)为例利用双参数球族包络原理说明锥形铣刀面。如图2a所示，锥刀切削刃回转表面可以看做是由半径变化的球面沿着轴线方向例如z方向平移扫略而形成的包络面。在锥刀坐标系xyz中，O点为坐标原点，锥刀的刀轴与z轴重合，锥刀的圆锥锥角为圆锥底面半径R0，锥刀的切削刃高度为H。因此，球族中任意一个球的球心q和半径r可表示为轴向高度h的函数：
从图2b可得知，轴向高度h的取值范围为：假设一条母线对应转角为θ，在锥刀坐标系xyz下，锥刀任一轴向高度h的某一转角θ所对应的母线上的点m坐标可表示为轴向高度h和转角θ的函数，其双参数方程为：
其中0≤θ≤2π。
之后，计算刀轴任意点的速度。首先计算锥刀的刀心点O的速度。假设任意两刀位点L1和L2，刀心点O在刀位点L1和L2之间的移动轨迹为直线。假设刀心点O在刀位点L1和L2之间所用时间为t、且假设0≤t≤1，则该时间段内t时刻刀心点O的轨迹方程为：
rO＝(1-t)·L1+t·L2 (3)
将轨迹方程对时间求导，可得出t时刻刀心点O的速度VO为：
刀心点O的速度VO沿着轴向方向例如z轴方向矢量叠加就可以得到刀轴上任意一点的速度。
t时刻刀轴上任意点的轨迹方程为：
rh＝rO+h·li(t) (5)
其中，0≤h≤H，li(t)为t时刻的刀轴矢量。刀轴通过旋转轴A和C的线性插补来控制。假设旋转轴A的旋转角ΔA，旋转轴C的旋转角ΔC，t时刻刀轴矢量li(t)为：
li(t)＝[sina(t)·sinc(t),-sina(t)·cosc(t),cosa(t)] (6)
其中a(t)＝Ai+t×ΔA,c(t)＝Ci+t×ΔC，Ai为第i个刀位点的旋转轴A的转角起始值，Ci为第i个刀位点的旋转轴C的转角起始值，i为自然数；a(t)为t时刻旋转轴A的转角，c(t)为t时刻旋转轴C轴的转角。
由公式(5)中刀轴上任意点的轨迹对时间t求导，可得到刀轴上任意点的速度为：
将r0和li(t)式带入公式(7)得到：
其中，a1、a2分别为刀位点L1、L2所对应的旋转轴A的转角，c1、c2分别为刀位点L1、L2所对应的旋转轴C的转角。定义Vh单位向量为Vhu，则Vhu＝Vh/|Vh|。锥刀回转面上母线在空间的运动轨迹是随着刀轴运动形成的。根据刀具刀轴上一点的速度矢量可以计算得到母线上相对应点的速度矢量。最后求取刀具包络面。如图2所示，锥刀面是由母线绕着刀轴旋转而成，在母线的点g上作点g在圆锥线上的法线n，并与轴线相交于点q，过q点作垂直于轴线z并与母线相交于点m,得到向量mq，gq距离即为公式(1)中的r(h)。锥面上所有点的曲面法向必与轴线相交，因此可得刀具表面方程为：
s(h,θ)＝Oc+h·li+p(h)·mq (9)
其中，p(h)表示q到m点的距离，其公式为：
又由于V0+h·li为刀轴上某点的速度，刀轴该点单位速度矢量定义为Vhu，因此可得到：
mq·Vhu＝0 (11)
mq·li＝0 (12)
结合公式(11)和公式(12)可求出向量mq。将mq代入公式(9)，再离散h可得到任意时刻的特征线，连接各特征线即可得到刀具包络面。
然后，分析刀具包络面与补偿面的误差值分布。运用计算机软件如MATLAB计算刀具包络面上每条特征线与相对应的叶片补偿面相交的误差。通过所述误差可知道刀具包络面与叶片补偿面的误差分布。
之后，基于误差分布和刀位优化算法优化刀具轨迹，得到优化后刀具轨迹。此处的刀位优化算法可参考现有的刀位优化算法例如2014年09月01日申请的名称为“一种不可展直纹曲面五轴侧铣双参数刀位优化新算法”的发明专利提供的刀位优化算法，此处不再赘述。通过刀位优化算法可建立优化后的刀轴矢量以完成刀具轨迹的优化。
基于优化后的刀具轨迹和包络原理重新构造出优化后刀具包络面。优化后刀具包络面建立方法与前述的刀具包络面建立方法相同，此处不再赘述。进一步地，分析优化后刀具包络面与叶片补偿面的误差分布。计算优化后刀具包络面与补偿面之间的优化后误差，可得到优化后的刀具包络面与叶片补偿面间的干涉图和优化后误差分布图。对优化后误差与前述步骤中的误差进行对比分析，并判断优化后误差是否小于优化前的误差。当优化后误差小于优化前的误差时，则理论预测和验证了优化后刀具轨迹加工的离心叶轮的误差会小于优化前的刀具轨迹，可进一步确保提升加工后的离心叶轮的加工精度。
最后根据优化后刀具轨迹生成数控程序例如G代码程序以加工离心叶轮。
为便于更好地理解本发明实施例，下面以一个实际例子说明本实施例提供的离心叶轮切削加工方法。
1)在UG中建立离心叶轮的三维模型(参见图3)。将三维模型转化为stp数据格式后导入到有限元分析软件ANSYS。在ANSYS中定义材料属性为铝合金，指定单元类型为四面体，再将进行网格划分。之后进行约束定义，例如在叶片叶根处施加全约束，取叶片上若干刀位点例如取叶片上u向参数21刀位点、v向参数5刀位点。此处的u向参数和v向参数为曲面UV坐标系中的两个坐标方向参数，用于描述点在曲面上的位置。为各刀位点加载铣削力(载荷)。通过每一个刀位点加载相应的铣削力(载荷)并作用预设时间以模拟在预设时间内该刀位点的瞬时铣削过程。例如在第一个刀位点铣削时间段设置载荷Load1，在第二个刀位点铣削时间段设置载荷Load2并同时让载荷Load1失效，后续的每个刀位点均按照同样的方法设置载荷，直至加载到载荷Load21，第一层的铣削过程模拟完毕。再根据进给方向设置下一层铣削模拟，直至整个离心叶轮外轮廓特征铣削力加载、模拟完毕。最后进行后处理从而获得离心叶轮的叶片变形值(参见图4a和图4b)和叶片变形规律(参见图5a和图5b)。将刀位点拟合成空间直线(参见图6)，之后将拟合后的空间直线构造形成直纹曲面得到叶片补偿面(参见图7)。
2)建立刀具包络面，并在MATLAB软件中显示刀具包络面和叶片补偿面(参见图8)。利用MATLAB计算刀具包络面与叶片补偿面的干涉误差值大小。刀具包络面与叶片补偿面的误差分布(参见图9)。从图9可知，最大误差(过切误差)达到0.0543mm，且误差区域分布较广。
3)基于误差分布和刀位优化算法优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹，并基于优化后的刀具轨迹和包络原理重新构造出优化后刀具包络面。在MATLAB软件中显示优化后刀具包络面与叶片补偿面(参见图10)。利用MATLAB计算刀具包络面与叶片补偿面的干涉误差值大小。刀具包络面与叶片补偿面的误差分布(参见图11)。从图11可以明显看出优化后的干涉过切区域明显减少。利用MATLAB计算出的最大误差(过切误差)为0.0461mm。因此，理论上，对基于叶片补偿曲面进行刀具轨迹和刀具包络面优化后的最大过切误差比优化的最大过切误差降低了15.1％。
4)最后根据优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。通过优化后刀具轨迹进行后置处理生成数控代码。利用双转台五坐标数控加工中心(VMC-C30)加工得到离心叶轮。例如选用接触式测量设备(德国ZEISS蔡司三坐标测量机)对离心叶轮的叶片表面进行测量分析。另外还对现有的未基于叶片补偿面优化的离心叶轮的叶片表面进行测量分析。测量方法为沿着叶片边缘向里设定5条测量路径，在每条测量路径上按等差数列选取50个点作为测量点进行测量得到各点对应误差值，得到的误差曲面如图12所示。由图12可知，测量路径中部的过切误差较大，且误差分布与理论误差分布规律基本一致。未基于叶片补偿曲面优化的离心叶轮上的叶片上的最大过切值为0.1034mm，基于叶片补偿曲面优化的离心叶轮上的叶片上的最大过切量为0.0809，因此，优化后最大过切误差值降低了21.7％，也即实验验证结果与理论验证结果相近，也即说明本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法有效地控制、降低了离心叶轮的加工误差。
另外，值得说明的是，根据前述离心叶轮切削加工过程还可以归纳出如图13所示的离心叶轮切削加工方法。
具体地，图13所示的离心叶轮切削加工方法包括步骤：
S31：建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；
S32：根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；
S33：基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；
S34：分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差；
S35：根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；
S36：根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
综上，本发明实施例提供的离心叶轮切削加工方法通过构建弹性变形后的叶片补偿面并基于叶片补偿面建立刀具包络面，再通过分析刀具包络面与叶片补偿面的误差分布并基于误差分布和刀具轨迹优化算法进行刀具轨迹优化，以生成数控程序加工离心叶轮，控制、降低了加工后的离心叶轮的加工误差，从而提高离心叶轮的加工精度。另外，在根据优化后刀具轨迹生成数控程序并根据数控程序加工离心叶轮之前，离心叶轮切削加工方法还包括根据优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面、以及对比分析优化后刀具包络面与叶片补偿面的优化后误差和刀具包络面与叶片补偿面的误差，这样可在理论上确保提升加工后的离心叶轮的加工精度。
第三实施例
如图14所示，本发明第三实施例提供一种离心叶轮切削加工装置10。离心叶轮切削加工装置10包括：
叶片补偿面构建模块110，用于构建模拟加工变形后的叶片补偿面；
刀具包络面建立模块120，用于基于叶片补偿面建立刀具包络面；
误差分布分析模块130，用于分析刀具包络面与叶片补偿面的误差分布；
刀具轨迹优化模块140，用于根据误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；以及
数控程序生成模块150，用于根据优化后刀具轨迹生成数控程序并根据数控程序以加工离心叶轮。
此外，离心叶轮切削加工装置10还可以包括刀具包络面优化模块170。刀具包络面优化模块170用于根据优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面。
此处值得一提的是，本实施例的离心叶轮切削加工装置的具体实现过程和技术效果可参考前述实施例，此处不再赘述。
第四实施例
如图15所示，本发明第四实施例提供一种离心叶轮切削加工设备5。离心叶轮切削加工设备5例如为五轴联动数控机床，包括设备本体510和控制器530。
设备本体510可例如包括主运动部件、进给运动执行部件、床身、立柱等部件。
控制器530安装于设备本体510上。控制器530可例如为DSP控制器、PLC控制器或其它具有类似功能的控制器，其为离心叶轮切削加工设备5的核心组成部分。控制器530用于：构建模拟加工变形后的叶片补偿面、基于叶片补偿面建立刀具包络面、分析刀具包络面与叶片补偿面的误差分布、根据误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹、以及根据优化后刀具轨迹生成数控程序并根据数控程序控制设备本体510加工离心叶轮。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种离心叶轮切削加工方法，其特征在于，包括步骤：
建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；
根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；
基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；
分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；
根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；
根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
2.一种离心叶轮切削加工方法，其特征在于，包括：
构建模拟加工变形后的叶片补偿面；
基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；
分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；
根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹；以及
根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
3.如权利要求2所述的离心叶轮切削加工方法，其特征在于，所述构建模拟加工变形后的叶片补偿面的步骤具体包括：
建立所述离心叶轮的三维模型；
对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形值；以及
根据所述叶片变形值拟合得到所述叶片补偿面。
4.如权利要求2所述的离心叶轮切削加工方法，其特征在于，所述基于所述叶片补偿面建立刀具包络面的步骤具体包括：
根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；以及
基于包络原理和所述刀具轨迹建立刀具包络面。
5.如权利要求2所述的离心叶轮切削加工方法，其特征在于，在所述根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹之后，还包括：
根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面。
6.一种离心叶轮切削加工装置，其特征在于，包括：
叶片补偿面构建模块，用于构建模拟加工变形后的叶片补偿面；
刀具包络面建立模块，用于基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；
误差分布分析模块，用于分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；
刀具轨迹优化模块，用于根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；以及
数控程序生成模块，用于根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。
7.如权利要求6所述的离心叶轮切削加工装置，其特征在于，还包括：
刀具包络面优化模块，用于根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面。
8.如权利要求6所述的离心叶轮切削加工装置，其特征在于，所述叶片补偿面构建模块构建模拟加工变形后的叶片补偿面具体包括：
建立所述离心叶轮的三维模型；
对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形误差值；以及
根据所述叶片变形误差值拟合得到所述叶片补偿面。
9.如权利要求6所述的离心叶轮切削加工装置，其特征在于，所述刀具包络面建立模块基于所述叶片补偿面建立刀具包络面的步骤具体包括：
根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；以及
基于包络原理和所述刀具轨迹建立刀具包络面。
10.一种离心叶轮切削加工设备，其特征在于，包括设备本体和控制器，所述控制器安装于所述设备本体上，所述控制器用于：构建模拟加工变形后的叶片补偿面、基于所述叶片补偿面建立刀具包络面、分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布、根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹、以及根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以控制所述设备本体加工离心叶轮。
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