CN111061217B - 一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，设备及可读存储介质 - Google Patents

一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，设备及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，设备及可读存储介质，在飞机发动机叶片加工的加工过程中，识别回折刀轨段特征点；回折刀轨段特征点识别完成后，对回折刀轨段特征点进行删除。本发明能自动识别处理回折的后置处理，在CAM生成的刀轨转换成NC代码前自动对回折刀轨段进行删除、光顺等处理。大大提高刀轨的制作效率及质量避免了机床在运行过程中机床出现抖动现象，影响加工状态的稳定性，致使加工质量下降的问题。提高加工的稳定性及加工质量，减少或不再需要人工仔细检查刀轨，判断出回折刀轨段并将回折刀轨段删除的过程，杜绝出现因回折刀轨区域过小被遗漏的情况。

Description

一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，设备及可读 存储介质
技术领域
本发明涉及飞机发动机叶片加工技术领域，一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，设备及可读存储介质。
背景技术
飞机发动机叶片型面特征复杂，国外先进的多坐标数控机床生产厂及专业的叶轮、叶片制造商也推出了专用于叶轮、叶片数控加工的专业软件包，如美国STARRAG公司的STARRAG程序、美国Concepts NREC公司的MAX-PAC软件包(包括MAX-5、MAX-AB和MAX-SI叶轮加工软件)和CCAD/comig叶轮设计软件、瑞士LIECHTI公司的TurboSoft软件，意大利的“C.B.Ferrari”(法拉利)公司的TECNOSOFT(TS30、TS50、TS80系列)软件、瑞士Starragheckert(starrag-heckert，斯达拉格海科特)公司的RCS软件等，这些专用软件充分利用了专业生产厂商多年的叶轮、叶片加工和数控编程经验，可以生成光顺的无回折刀轨。但这些专用软件一般是与机床配套销售且价格及其昂贵，而目前国内没有成熟的叶轮、叶片数控加工的专业软件。采用常规CAM软件生成的加工刀轨时往往存在回折现象，使得机床在运行过程中机床出现抖动现象，影响加工状态的稳定性，致使加工质量下降，为提高加工的稳定性及加工质量，往往需要人工仔细检查刀轨，判断出回折刀轨段并将回折刀轨段删除，消耗大量的人力，且时常出现因回折刀轨区域过小被遗漏的情况。
其中，为提高效率在叶片磨削和抛光加工时，选用的刀具直径一般较大，因国内的CAD/CAM的技术能受限，在叶片型面特征变化剧烈处生成刀轨存在如图1所示的回折刀轨段。
回折刀轨一般因曲面不光顺、局部曲率半径小于刀具半径产生，如图2a所示的叶片顶部与截平面相交获取截面线，如图2b所示将截面线离散并对离散点沿截面线的法矢偏置可获取各离散点对应的刀位点，将刀位点依次相连即可得到本截面的加工刀轨，因图2b中A区域曲率变化剧烈，如图2c所示为A区域的曲率分析图，通过曲率分析图可知A区域存在局部曲率半径过小的情况，因此在刀具半径较大时会出现如图2d刀位点回退现象既刀轨回折现象。通过光顺曲面可有效避免回折刀轨的产生，但曲面光顺操作复杂、难度较大，不易实现；通过减少刀具半径也可避免回折刀轨段的产生，但会减低加工效率。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明能够实现叶轮、叶片的高效加工，在生产加工过程中能自动识别处理回折的后置处理，在CAM生成的刀轨转换成NC代码前自动对回折刀轨段进行删除、光顺等处理。
为此本发明提供一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，方法包括：
在飞机发动机叶片加工的加工过程中，识别回折刀轨段特征点；
回折刀轨段特征点识别完成后，对回折刀轨段特征点进行删除。
本发明还提供一种实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序及；
处理器，用于执行所述计算机程序及用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，以实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的步骤。
本发明还提供一种具有用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明能自动识别处理回折的后置处理，在CAM生成的刀轨转换成NC代码前自动对回折刀轨段进行删除、光顺等处理。大大提高刀轨的制作效率及质量避免了机床在运行过程中机床出现抖动现象，影响加工状态的稳定性，致使加工质量下降的问题。提高加工的稳定性及加工质量，减少或不再需要人工仔细检查刀轨，判断出回折刀轨段并将回折刀轨段删除的过程，杜绝出现因回折刀轨区域过小被遗漏的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为叶片磨抛加工及回折刀轨段；
图1a为叶片磨抛加工图；
图1b为回折刀轨段示意图；
图2为回折刀轨段的产生机理图；
图2a为叶片与截平面求交示意图；
图2b为截面线上局部点的偏置示意图；
图2c为局部A曲率分析图；
图2d为局部B刀轨回折区域放大；
图3为用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法流程图；
图4为回折刀轨段特性分析示意图；
图5为刀轨段间的转角及回折特征点搜寻示意图；
图5a为刀轨段间的转角示意图；
图5b为回折特征点的搜寻示意图；
图6为回折刀轨段的删除示意图；
图7为回折删除前后的刀轨效果对比示意图；
图7a为回折删除前的刀轨示意图；
图7b为回折删除后的刀轨示意图；
图7c为回折删除前的局部刀轨示意图；
图7d为回折删除后的局部刀轨示意图；
图8为加工效果对比实物图；
图8a为回折删除前的加工效果图；
图8b为回折删除后的加工效果图。
具体实施方式
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明提供一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，如图3所示，方法包括：
S11，在飞机发动机叶片加工的加工过程中，识别回折刀轨段特征点；
如图4所示，在刀轨段Pa-Pb-Pc-Pd-Pe-Pf-Pg中，PcPd、PdPe刀轨段的走向与PaPb、PbPc、PePf、PfPg的走向明显相背，当数控机床运行至Pc点、Pe点时，机床的进给方向会发生急剧改变，导致机床工作稳定性下降，同时Pc点距Pe点之后的刀轨段的距离l1、Pe点距Pc点之前的刀轨段的距离l2明显小于PcPd、PdPe刀轨段长度的平均水平，此时刀位点Pd、Pe之间及前后的刀轨段为回折刀轨段，因此寻找回折刀轨段的关键时是寻找回折特征点。
定义如图5a所示的角度
Figure GDA0002711984140000041
为刀轨段PaPb、PbPc之间的转角，转角
Figure GDA0002711984140000042
可有公式1求得。在一般情况下检测当前刀轨段Pi-1Pi与相邻刀轨段PiPi+1之间的转角
Figure GDA0002711984140000043
设置回折角检测阈值
Figure GDA0002711984140000044
当
Figure GDA0002711984140000045
时则刀位点Pi为回折特征点。但实际情况下，如刀位精度设置的过高，刀位点点过密，刀轨在回折处往往是由多个刀轨段组成见图2，此时如仅检测相邻刀轨段间的转角，回折特征点判断将失效。为此采用冗余搜寻方式进行回折特征点的查找，在如图5b所示的刀轨中，若当前刀轨段为Pi-1Pi，依次计算刀轨段Pi-1Pi与刀轨PiPi+1、...、Pi+jPi+j+1、...、Pi+k-1Pi+k之间的转角，如在计算过程中检测到刀轨段Pi-1Pi与Pi+jPi+j+1的转角
Figure GDA0002711984140000051
则设置刀位点Pi+j为回折特征点，当前搜寻结束。上述k为最大回折特征点搜寻的最大刀轨段数。
Figure GDA0002711984140000052
设Pi为刀位点数据，i为刀位点序号，i＝(0，1，2，......，n)；j为临时变量；k为最大回折点搜寻的最大刀轨段数，一般设置为1～10之间；m为回折刀轨段评估数，设置值应大于k，一般为2～20；δ为回折评估精度，一般取回折刀轨段平均长度的0.2～5倍；α为回折判断转角阈值，一般设置为90°～160°；H0为记录回折起始特征点的变量，H1为记录回折结束特征点的变量，V0为当前基准向量，V0为当前刀轨段向量。回折刀轨段搜寻、识别的具体步骤如下：
Step1：初始化，设置i＝1、H0为空，执行Step2；
Step2：如i≤n执行Step3，否则程序结束。
Step3：如刀位点Pi对应的刀轨段Pi-1Pi为直线进给段，令V0＝Pi-Pi-1、j＝1，执行Step4，否则令i＝i+1，执行Step2；
Step4：如H0为空，执行Step5，否则，执行Step6；
Step5：j＜k执行Step7，否则令i＝i+1，执行Step2；
Step6：j＜m执行Step7，否则令i＝i+1、H0为空，执行Step2；
Step7：如刀位点Pi+j对应的刀轨段Pi+j-1Pi+j为直线进给段，令V1＝Pi+j-Pi+j-1，执行Step8，否则令i＝i+j+1、H0为空，执行Step2；
Step8：计算V0、V1之间的转角
Figure GDA0002711984140000053
如
Figure GDA0002711984140000054
执行Step9，否则令j＝j+1执行Step4；
Step9：如H0为空，令H0＝Pi+j、i＝i+j+1，执行Step2，否则令H1＝Pi+j，执行Step10；
Step10：计算H0至H1之间刀轨段的平均长度la，H0到H1后续刀轨的距离l0，H1到H0前续刀轨的距离l1，如l0＜δla且l1＜δla，则H0、H1为有效回折特征点，执行Step11，否则H0、H1无效令i＝i+1、H0为空，执行Step2；
Step11：以H0、H1为回折特征点调用回折刀轨段精确确定程序，回折刀轨段精确确定程序根据H0、H1确定回折刀轨段的起始、终止点，如Pi+s为的回折刀轨段的起点，令i＝i+s，并设置H0为空，执行Step2。
S12，回折刀轨段特征点识别完成后，对回折刀轨段特征点进行删除。
先根据回折特征点搜寻回折刀轨段的最大范围起始、终止点，然后根据新插入刀轨的光顺性、精度等条件完成回折刀轨的精确确定。
如图6所示的刀轨段中回折特征点为Pi+b、Pi+f，其中Pi+b在Pi+f的前边。依次计算Pi+f到Pi+b-j(j＝1，2，…，n)的距离lj，在j＞2时，比较lj、lj-1的大小，当出现lj＞lj-1时停止后续计算，此时Pi+b-j+1即为回折刀轨段的最大范围起始点，如在j＝1，2，…，n计算过程中未出现lj＞lj-1的情况，设置Pi+b-n为回折刀轨段的最大范围起始点。依次计算Pi+b到Pi+f+j(j＝1，2，…，n)的距离lj，在j＞2时，比较lj+1、lj的大小，当出现lj+1＞lj时停止后续计算，此时Pi+f+j即为回折刀轨段的最大范围终止点，如在j＝1，2，…，n计算过程中未出现lj+1＞lj的情况，设置Pi+b+n为回折刀轨段的最大范围终止点。
Pi+s、Pi+t为搜寻到的回折刀轨段的最大范围起始、终止点。依次检测
Figure GDA0002711984140000065
与
Figure GDA0002711984140000062
的转角与β的大小关系，β为光顺性控制角度阈值，一般设置为0～30°，如在检测过程中检测到
Figure GDA0002711984140000063
与
Figure GDA0002711984140000064
的转角小于等于β，则停止后续检测，则删除Pi+s、Pi+e之间的刀位点，并连接Pi+sPi+e代替原有Pi+s、Pi+e之间的刀轨段；特殊情况下如在检测过程中所有转角均大于β，则删除Pi+s、Pi+t之间的刀位点，并连接Pi+sPi+t代替原有Pi+s、Pi+t之间的刀轨段。
本发明能自动识别处理回折的后置处理，在CAM生成的刀轨转换成NC代码前自动对回折刀轨段进行删除、光顺等处理。通过回折删除前后的刀轨效果对比如图7以及加工实物效果对比如图8所示，大大提高刀轨的制作效率及质量避免了机床在运行过程中机床出现抖动现象，影响加工状态的稳定性，致使加工质量下降的问题。提高加工的稳定性及加工质量，减少或不再需要人工仔细检查刀轨，判断出回折刀轨段并将回折刀轨段删除的过程，杜绝出现因回折刀轨区域过小被遗漏的情况。
基于上述方法本发明还提供一种实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序及；处理器，用于执行所述计算机程序及用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，以实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的步骤。
基于上述方法本发明还提供一种具有用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的步骤。
实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的设备是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的设备可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的设备公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的索引方法。
所属技术领域的技术人员能够理解，实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的设备的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，其特征在于，方法包括：
在飞机发动机叶片加工的加工过程中，识别回折刀轨段特征点；
Step1：初始化，设置i＝1、H0为空，执行Step2；
H0为记录回折起始特征点的变量，H1为记录回折结束特征点的变量，V0为当前基准向量，V0为当前刀轨段向量；
Step2：如i≤n执行Step3，否则程序结束；
Step3：如刀位点Pi对应的刀轨段Pi-1Pi为直线进给段，令V0＝Pi-Pi-1、j＝1，执行Step4，否则令i＝i+1，执行Step2；
Step4：如H0为空，执行Step5，否则，执行Step6；
Step5：j＜k执行Step7，否则令i＝i+1，执行Step2；
Step6：j＜m执行Step7，否则令i＝i+1、H0为空，执行Step2；
Step7：如刀位点Pi+j对应的刀轨段Pi+j-1Pi+j为直线进给段，令V1＝Pi+j-Pi+j-1，执行Step8，否则令i＝i+j+1、H0为空，执行Step2；
Step8：计算V0、V1之间的转角
Figure FDA0002711984130000011
如
Figure FDA0002711984130000012
执行Step9，否则令j＝j+1执行Step4；
Step9：如H0为空，令H0＝Pi+j、i＝i+j+1，执行Step2，否则令H1＝Pi+j，执行Step10；
Step10：计算H0至H1之间刀轨段的平均长度la，H0到H1后续刀轨的距离l0，H1到H0前续刀轨的距离l1，如l0＜δla且l1＜δla，则H0、H1为有效回折特征点，执行Step11，否则H0、H1无效令i＝i+1、H0为空，执行Step2；
Step11：以H0、H1为回折特征点调用回折刀轨段精确确定程序，回折刀轨段精确确定程序根据H0、H1确定回折刀轨段的起始、终止点，如Pi+s为的回折刀轨段的起点，令i＝i+s，并设置H0为空，执行Step2；
回折刀轨段特征点识别完成后，对回折刀轨段特征点进行删除。
2.根据权利要求1所述的用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，其特征在于，
步骤回折刀轨段特征点识别完成后，对回折刀轨段特征点进行删除还包括：
S101，根据回折特征点搜寻回折刀轨段的最大范围起始、终止点；
S102，根据新插入刀轨的光顺性、精度条件完成回折刀轨的确定。
3.根据权利要求2所述的用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，其特征在于，
步骤S101还包括：
刀轨段中回折特征点为Pi+b、Pi+f，其中Pi+b在Pi+f的前边；
依次计算Pi+f到Pi+b-j的距离lj，在j＞2时，比较lj、lj-1的大小，当出现lj＞lj-1时停止后续计算，此时Pi+b-j+1即为回折刀轨段的最大范围起始点，如在j＝1，2，…，n计算过程中未出现lj＞lj-1的情况，设置Pi+b-n为回折刀轨段的最大范围起始点；
依次计算Pi+b到Pi+f+j的距离lj，在j＞2时，比较lj+1、lj的大小，当出现lj+1＞lj时停止后续计算，此时Pi+f+j即为回折刀轨段的最大范围终止点，如在j＝1，2，…，n计算过程中未出现lj+1＞lj的情况，设置Pi+b+n为回折刀轨段的最大范围终止点。
4.根据权利要求2所述的用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，其特征在于，步骤S102还包括：
Pi+s、Pi+t为搜寻到的回折刀轨段的最大范围起始、终止点；
依次检测
Figure FDA0002711984130000025
与
Figure FDA0002711984130000022
的转角与β的大小关系，β为光顺性控制角度阈值，设置为0～30°；
在检测过程中检测到
Figure FDA0002711984130000023
与
Figure FDA0002711984130000024
的转角小于等于β，则停止后续检测，则删除Pi+s、Pi+e之间的刀位点，并连接Pi+sPi+e代替原有Pi+s、Pi+e之间的刀轨段；
在检测过程中所有转角均大于β，则删除Pi+s、Pi+t之间的刀位点，并连接Pi+sPi+t代替原有Pi+s、Pi+t之间的刀轨段。
5.一种实现用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序及；
处理器，用于执行所述计算机程序及用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法，以实现如权利要求1至4任意一项所述用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的步骤。
6.一种具有用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至4任意一项所述用于飞机发动机叶片加工的刀轨光顺方法的步骤。
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