CN110711883B - 一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，从整体叶盘流道的侧面进刀，并以摆线刀路完成流道粗加工。本申请的一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，大直径整体叶盘轴向高度比径向尺寸小，选择从侧面进刀，能有效减小刀具长度，同时摆线铣加工方法能极大提高加工效率。结合侧面进刀和摆线加工方式，提出针对大型叶片盘的侧面摆线铣高效流道粗加工技术，不仅保证加工稳定性和效率，而且保证加工余量，避免后续繁杂的去除残留量的工序。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机整体叶盘数控铣削加工制造技术，涉及一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法。
背景技术
大直径整体叶盘的流道加工，采用传统的围带侧进刀摆线铣粗加工方法，加工至流道底部时，刀具悬长较大，加工过程不稳定，易发生振动或断刀，加工成本加剧，且效率极低。亟须寻求针对此类大直径整体叶盘的高效流道粗加工方法。
针对整体叶盘的流道粗加工，现有技术方案包括流道层铣粗加工、插铣加工、围带侧进刀摆线铣粗加工以及定轴加工。
现有技术的研究，大多以小直径整体叶盘作为研究对象，对大直径整体叶盘的适应性较差。层铣粗加工方法分层多，且各层刀路数目多，且存在刀路冗余情况，效率较低；插铣加工刀具易磨损，加工表面差，成本高；围带侧摆线铣粗加工刀具悬长较大，加工过程不稳定，易发生断刀情况；定轴加工需要多次确定加工方向，且加工表面残留量大。因此，对于大型整体叶盘粗加工，目前没有高效的流道加工方法。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，主要解决大直径整体叶盘流道粗加工稳定性和效率问题。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，从整体叶盘流道的侧面进刀，并以摆线刀路完成流道粗加工。流道的侧面是指，前缘或后缘方向。
优选地，所述的方法包括以下步骤，
(1)导入整体叶盘模型，模型坐标系X轴为叶片前缘指向后缘的方向，Z轴为叶片的U参数方向，Y轴由右手坐标系规定，设置叶片数目m，指定整体叶盘的叶片曲面、轮毂曲面和围带曲面，分别定义为“叶片”、“轮毂”和“围带”；
(2)设置该道粗加工工序的刀具的切削参数，切削参数包括半径r、叶片余量c、进给F、转速S、切宽ae、加工范围ls，le、层数n；
(3)构建型腔偏置线簇，
(3.1)均匀取叶片曲面Nu条等U参数线，并按照离散点数均匀离散成点，沿点的法向向外侧偏置，偏置距离为刀具半径与加工余量之和，即r+c；
(3.2)对各等U参数线的偏置点插值为三维曲线，同时在前缘和后缘极限点处将曲线分割为两段，前缘和后缘极限点定义为曲线的X坐标最小点和X坐标最大点，分别记为Pef、Peb；
(3.3)将经延伸后的左侧所有曲线段旋转分度角θ至叶片右型腔，分度角θ＝360°/m，旋转后，左右曲线簇构成的型腔区域即为整体叶盘流道的材料去除区域，区域左右侧曲线簇分别记为Cl、Cr；
(4)构建刀路分层面，
(4.1)将步骤(3)中得到Nu条等U参数线的前缘极限点Pef，插值为前缘极限曲线Cef，后缘极限点Peb插值为后缘极限曲线Ceb；
(4.2)将Cef和Ceb分别绕X轴旋转得到回转曲面Sef、Seb，并规定Sef和Seb的范围值为0、1；
(4.3)根据加工范围(ls，le)和层数n，线性插值计算各刀路分层面的范围值lx，对Sef和Seb插值计算，得到lx范围值对应的回转曲面Sx，所有刀路分层面即为[Ss,…Sx,…Se]，共n个曲面；
(5)计算边界刀路和刀轴，
(5.1)对步骤(4)得到的左右分层面[Ss,…Sx,…Se]，逐一与步骤(3)得到的型腔偏置线簇Cl、Cr求交，可得到各层刀路的左右边界点集Psl、Psr；
(5.2)分别对点集Psl、Psr的所有点，以侧面进刀的刀轴方向作为初始刀轴，搜索与叶片的无干涉刀轴，得到对应Psl、Psr的刀轴矢量集Vsl、Vsr；
(5.3)对点集Psl、Psr插值，得到对应分层面的边界刀路曲线Cbl、Cbr，对矢量集Vsl、Vsr插值，得到相应的边界刀轴曲线Cvl、Cvr。
(6)，计算摆线铣刀路，
(6.1)按照设置的切宽ae，在分层面Sx上按相同的v值离散左右边界刀路曲线Cbl、Cbr和刀轴曲线Cvl、Cvr，分别得到左右边界的离散点刀位信息集合，刀位信息包括点位(x,y,z)和刀轴矢量(i,j,k)；
(6.2)由左右边界的离散点刀位信息集合，构造摆线刀路的周向刀路段、侧边刀路段和拐角刀路段集合；
(6.3)左右边界对应的侧边刀路，结合连接的4个拐角刀路和2个周向刀路，构成一个摆线回路，该分层面的所有摆线回路连接起来，形成摆线铣刀路。
优选地，步骤(7)，对摆线铣刀路进行后置处理。
优选地，在步骤(1)中，整体叶盘模型为igs或step格式。
优选地，在步骤(3.2)中，向外延伸的距离由用户定义。
本申请的一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，大直径整体叶盘轴向高度比径向尺寸小，选择从侧面进刀，能有效减小刀具长度，同时摆线铣加工方法能极大提高加工效率。结合侧面进刀和摆线加工方式，提出针对大型叶片盘的侧面摆线铣高效流道粗加工技术，不仅保证加工稳定性和效率，而且保证加工余量，避免后续繁杂的去除残留量的工序。
附图说明
图1为本发明的整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法流程图；
图2：为本发明的整体叶盘特征规范；
图3：为本发明的流道型腔曲线簇示意图；
图4：为本发明的分层面边界刀路和刀轴示意图；
图5：为本发明的摆线铣刀路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
本申请的一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，从流道的侧面(前缘或后缘方向)进刀，并以摆线刀路完成流道粗加工，加工稳定且高效。
本申请的整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法流程图，如图1所示。
整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工刀路生成步骤如下：
(1)导入igs或step格式的整体叶盘模型,指定整体叶盘的叶片曲面、轮毂曲面和围带曲面，分别定义为“叶片”、“轮毂”和“围带”，并规范叶片的U、V方向，模型坐标系X轴为叶片前缘指向后缘的方向，Z轴为叶片的U参数方向，Y轴由右手坐标系规定，同时设置叶片数目(m)，如图2所示。
(2)设置该道粗加工工序的刀具，其半径设为r，以及叶片余量(c)、进给(F)、转速(S)、切宽(ae)、加工范围(ls，le)、层数(n)等切削参数；
(3)构建型腔偏置线簇，
a.均匀取叶片曲面Nu条等U参数线，并按照一定的离散点数均匀离散成点，沿点的法向向外侧偏置，偏置距离为刀具半径与加工余量之和，即r+c；
b.对各等U参数线的偏置点插值为三维曲线，同时在前缘和后缘极限点处将曲线分割为两段，前缘和后缘极限点定义为曲线的X坐标最小点和X坐标最大点，分别记为Pef、Peb，并向外延伸，延伸距离由用户定义；
c.将经延伸后的左侧所有曲线段旋转分度角θ至叶片右型腔，分度角θ＝360°/m，旋转后，左右曲线簇构成的型腔区域即为整体叶盘流道的材料去除区域，区域左右侧曲线簇分别记为Cl、Cr，如图3所示；
(4)构建刀路分层面，
a.将步骤(3)中得到Nu条等U参数线的前缘极限点Pef，插值为前缘极限曲线Cef，后缘极限点Peb插值为后缘极限曲线Ceb；
b.将Cef和Ceb分别绕X轴旋转得到回转曲面Sef、Seb；并规定Sef和Seb的范围值为0、1；
c.根据加工范围(ls，le)和层数(n)，线性插值计算各刀路分层面的范围值lx，对Sef和Seb插值计算，可得到lx范围值对应的回转曲面Sx，所有刀路分层面即为[Ss,…Sx,…Se]，共n个曲面。
(5)计算边界刀路和刀轴，
a.对步骤(4)得到的左右分层面[Ss,…Sx,…Se]，逐一与步骤(3)得到的型腔偏置线簇Cl、Cr求交，可得到各层刀路的左右边界点集Psl、Psr；
b.分别对点集Psl、Psr的所有点，以侧面进刀的刀轴方向作为初始刀轴，搜索与叶片的无干涉刀轴，得到对应Psl、Psr的刀轴矢量集Vsl、Vsr；
c.对点集Psl、Psr插值，得到对应分层面的边界刀路曲线Cbl、Cbr；对矢量集Vsl、Vsr插值，得到相应的边界刀轴曲线Cvl、Cvr，如图4所示。
(6)计算摆线铣刀路，
a.按照设置的切宽ae，在分层面Sx上按相同的v值离散左右边界刀路曲线Cbl、Cbr和刀轴曲线Cvl、Cvr，分别得到左右边界的离散点刀位信息集合，刀位信息包括点位(x,y,z)和刀轴矢量(i,j,k)；
b.由左右边界的离散点刀位信息集合，构造摆线刀路的周向刀路段、侧边刀路段和拐角刀路段集合；
c.左右边界对应的侧边刀路，结合连接的4个拐角刀路和2个周向刀路，构成一个摆线回路，该分层面的所有摆线回路连接起来，形成摆线铣刀路，如图5所示。
(7)对摆线铣刀路进行后置处理，即可用于整体叶盘的流道侧面摆线铣粗加工。
本申请的一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，大直径整体叶盘轴向高度比径向尺寸小，选择从侧面进刀，能有效减小刀具长度，同时摆线铣加工方法能极大提高加工效率。结合侧面进刀和摆线加工方式，提出针对大型叶片盘的侧面摆线铣高效流道粗加工技术，不仅保证加工稳定性和效率，而且保证加工余量，避免后续繁杂的去除残留量的工序。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。
Claims (4)
1.一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法，其特征在于，从整体叶盘流道的侧面进刀，并以摆线刀路完成流道粗加工，所述的方法包括以下步骤，
(1)导入整体叶盘模型，模型坐标系X轴为叶片前缘指向后缘的方向，Z轴为叶片的U参数方向，Y轴由右手坐标系规定，设置叶片数目m；
(2)设置粗加工工序的刀具的切削参数，切削参数包括半径r、叶片余量c、进给F、转速S、切宽ae、加工范围ls，le、层数n；
(3)构建型腔偏置曲线簇，
(3.1)均匀取叶片曲面Nu条等U参数线，并按照离散点数均匀离散成点，沿点的法向向外侧偏置，偏置距离为刀具半径与叶片余量之和，即r+c；
(3.2)对各等U参数线的偏置点插值为三维曲线，同时在前缘和后缘极限点处将曲线分割为两段，前缘和后缘极限点定义为曲线的X坐标最小点和X坐标最大点，分别记为Pef、Peb，曲线在前缘和后缘极限点Pef、Peb处分别向外延伸，
(3.3)将经延伸后的左侧所有曲线段旋转分度角θ至叶片右型腔，分度角θ＝360°/m，旋转后，左右曲线簇构成的型腔区域即为整体叶盘流道的材料去除区域，区域左右侧曲线簇分别记为Cl、Cr；
(4)构建刀路分层面，
(4.1)将步骤(3)中得到Nu条等U参数线的前缘极限点Pef，插值为前缘极限曲线Cef，后缘极限点Peb插值为后缘极限曲线Ceb；
(4.2)将Cef和Ceb分别绕X轴旋转得到回转曲面Sef、Seb，并规定Sef和Seb的范围值为0、1；
(4.3)根据加工范围(ls，le)和层数n，线性插值计算各刀路分层面的范围值lx，对Sef和Seb插值计算，得到lx范围值对应的回转曲面Sx，所有刀路分层面即为[Ss,…Sx,…Se]，共n个曲面；
(5)计算边界刀路和刀轴，
(5.1)对步骤(4)得到的刀路分层面[Ss,…Sx,…Se]，逐一与步骤(3)得到的型腔偏置曲线簇Cl、Cr求交，可得到各层刀路的左右边界点集Psl、Psr，
(5.2)分别对左右边界点集Psl、Psr的所有点，以侧面进刀的刀轴方向作为初始刀轴，搜索与叶片的无干涉刀轴，得到对应Psl、Psr的刀轴矢量集Vsl、Vsr，
(5.3)对点集Psl、Psr插值，得到对应刀路分层面的左右边界刀路曲线Cbl、Cbr，对刀轴矢量集Vsl、Vsr插值，得到相应的边界刀轴曲线Cvl、Cvr；
(6)计算摆线铣刀路，
(6.1)按照设置的切宽ae，在刀路分层面Sx上按相同的v值离散左右边界刀路曲线Cbl、Cbr和边界刀轴曲线Cvl、Cvr，分别得到左右边界的离散点刀位信息集合，刀位信息包括点位(x,y,z)和刀轴矢量(i,j,k)；
(6.2)由左右边界的离散点刀位信息集合，构造摆线刀路的周向刀路段、侧边刀路段和拐角刀路段集合；
(6.3)左右边界对应的侧边刀路，结合连接的4个拐角刀路和2个周向刀路，构成一个摆线回路，该刀路分层面的所有摆线回路连接起来，形成摆线铣刀路。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括，步骤(7)，对摆线铣刀路进行后置处理。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，整体叶盘模型为igs或step格式。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3.2)中，向外延伸的距离由用户定义。
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