CN113325800A - 一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，其包括：S1、提取三元叶轮变轴插铣粗加工的刀位中的刀心点，以及对应的盖盘位置的型值点；S2、将所有的所述盖盘位置的型值点拟合成NURBS曲线；S3、对NURBS曲线进行离散处理，得若干离散点；S4、根据所述离散点对刀位的刀轴矢量进行优化，使相邻刀位的刀轴矢量与刀触点处轴盘表面法向矢量的夹角逐渐增加。本发明通过对现有的离心式三元叶轮变轴插铣粗加工的刀位进行优化处理后，可有效修正顶刀刀位，避免顶刀现象的发生，可很大程度提升机床和刀具的使用寿命，解决切削困难、切削噪音大等问题。

Description

一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法

技术领域

本发明涉及数控加工刀位算法技术领域，尤其涉及一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法。

背景技术

作为装备制造业中的重要产品，离心压缩机广泛应用于冶金、石油化工、天然气输运、空分等众多领域中。离心式三元叶轮作为离心压缩机中的核心部件，其加工效率和制造精度受到众学者的广泛关注。三元叶轮有70—80％的材料是在粗加工中去除的，提高叶轮的加工效率应从粗加工入手。随着工艺方法的改进，三元叶轮的粗加工方法从五轴侧铣到3+2轴高速铣，再到插铣加工方法，加工效率大幅提升。由此可见，切削方式的选择是加工效率提升的关键，插铣加工时刀具主要受轴向力，而刀具在轴向的刚性远远好于径向，与端铣和侧铣法相比，插铣法工艺系统的稳定性更好。从插铣加工方式来看，传统的插铣加工中，各个刀位下的刀具轴线均相互平行，属于定轴插铣；若各个刀位下的刀具轴线相互不平行，则属于变轴插铣；此外，还有插铣过程中，刀具轴线连续变化的情形，如连续变轴插铣。而无论采用何种插铣切削方式，都不可避免的出现顶刀现象，且该现象严重影响着机床和刀具的使用寿命。插铣过程中，当平底刀底部非切削刃部分参与切削材料时，顶刀现象就会发生，如图1。即使所用刀具切削刃经过刀具底面中心，但由于平底刀底面中心切削速度为零，顶刀现象也会发生，造成切削困难且伴随着切削噪音及刀具振动情况的加剧。顶刀现象危害极大，但现有文献中，尚无该现象的避免方法可循。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法

一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，包括：

S1、提取三元叶轮变轴插铣粗加工的刀位中的刀心点，以及对应的盖盘位置的型值点；

S2、将所有的所述盖盘位置的型值点拟合成NURBS曲线；

S3、对NURBS曲线进行离散处理，得若干离散点；

S4、根据所述离散点对刀位的刀轴矢量进行优化，使相邻刀位的刀轴矢量与刀触点处轴盘表面法向矢量的夹角逐渐增加。

在其中一个实施例中，所述步骤S1中，所述刀位中的刀心点，及对应的盖盘位置的型值点均采用等参数法计算得到。

在其中一个实施例中，对NURBS曲线进行离散处理时，取离散步距为0.01。

在其中一个实施例中，所述步骤S4中，包括以下步骤：

S41、获取刀位的刀轴与盖盘侧等参数线交点Qi，式中，i＝(1,2,3,…,n)；

S42、根据交点Qi，获取每个刀位的刀位角αi，式中，i＝(1,2,3,…,n)；所述刀位角αi为刀位的触点处轴盘面法向矢量与刀位的刀轴矢量夹角；

S43、将下一刀位α2与当前刀位α1进行比较，若α2>α1，则作为修正刀位，若α2≤α1，则执行步骤S44；

S44、沿步骤S3中得到的离散点序列，向三元叶轮的入口方向搜索，直到新的交点，使满足α2>α1；

S45、依次循环步骤S43和步骤S44，直至确定所有加工刀位。

在其中一个实施例中，当刀位确定满足条件的刀轴矢量后，需沿刀轴矢量移动刀位，使刀具与轴盘面相切，既需重新计算刀触点与刀心位置。

上述修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，通过对现有的离心式三元叶轮变轴插铣粗加工的刀位进行优化处理后，可有效修正顶刀刀位，避免顶刀现象的发生，可很大程度提升机床和刀具的使用寿命，解决切削困难、切削噪音大等问题。

附图说明

图1是现有技术中的顶刀现象示意图；

图2是本发明的修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法的原理图一；

图3是本发明的修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法的原理图二。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参阅图2-3所示，本发明一实施例提供一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，其包括：

S1、提取三元叶轮变轴插铣粗加工的刀位中的刀心点，以及对应的盖盘位置的型值点；本实施例中，所述刀位中的刀心点，及对应的盖盘位置的型值点均可采用等参数法计算得到。

S2、将所有的所述盖盘位置的型值点拟合成NURBS曲线；

S3、对NURBS曲线进行离散处理，得若干离散点；可选地，对NURBS曲线进行离散处理时，取离散步距为0.01。

S4、根据所述离散点对刀位的刀轴矢量进行优化，使相邻刀位的刀轴矢量与刀触点处轴盘表面法向矢量的夹角逐渐增加。

上述修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，通过对现有的离心式三元叶轮变轴插铣粗加工的刀位进行优化处理后，可有效修正顶刀刀位，避免顶刀现象的发生，可很大程度提升机床和刀具的使用寿命，解决切削困难、切削噪音大等问题。

具体地，本发明所述步骤S4包括以下步骤：

S41、获取刀位的刀轴与盖盘侧等参数线交点Qi，式中，i＝(1,2,3,…,n)；

S42、根据交点Qi，获取每个刀位的刀位角αi，式中，i＝(1,2,3,…,n)；所述刀位角αi为刀位的触点处盖盘面法向矢量与刀位的刀轴矢量夹角；

S43、将下一刀位α2与当前刀位α1进行比较，若α2>α1，则作为修正刀位，若α2≤α1，则执行步骤S44；

S44、沿步骤S3中得到的离散点序列，向三元叶轮的入口方向搜索，直到新的交点，使满足α2>α1；

S45、依次循环步骤S43和步骤S44，直至确定所有加工刀位。

本发明中，插铣粗加工从叶轮出口进刀，当α2>α1，且α3>α2，且……时,即后面刀位α大于前面刀位α时,就会绝对避免顶刀现象的发生。

可选地，当刀位确定满足条件的刀轴矢量后，需沿刀轴矢量移动刀位，使刀具与轴盘面相切，既需重新计算刀触点与刀心位置。采用相同方法计算后续刀位，优化后的刀位不再出现顶刀现象。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，其特征在于，包括：

S1、提取三元叶轮变轴插铣粗加工的刀位中的刀心点，以及对应的盖盘位置的型值点；

S2、将所有的所述盖盘位置的型值点拟合成NURBS曲线；

S3、对NURBS曲线进行离散处理，得若干离散点；

S4、根据所述离散点对刀位的刀轴矢量进行优化，使相邻刀位的刀轴矢量与刀触点处轴盘表面法向矢量的夹角逐渐增加。

2.如权利要求1所述的修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，其特征在于，步骤S1中，所述刀位中的刀心点，及对应的盖盘位置的型值点均采用等参数法计算得到。

3.如权利要求2所述的修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，其特征在于，对NURBS曲线进行离散处理时，取离散步距为0.01。

4.如权利要求3所述的修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，其特征在于，所述步骤S4中，包括以下步骤：

S41、获取刀位的刀轴与盖盘侧等参数线交点Qi，式中，i＝(1,2,3,…,n)；

S42、根据交点Qi，获取每个刀位的刀位角αi，式中，i＝(1,2,3,…,n)；所述刀位角αi为刀位的触点处轴盘面法向矢量与刀位的刀轴矢量夹角；

S43、将下一刀位α2与当前刀位α1进行比较，若α2>α1，则作为修正刀位，若α2≤α1，则执行步骤S44；

S44、沿步骤S3中得到的离散点序列，向三元叶轮的入口方向搜索，直到新的交点，使满足α2>α1；

S45、依次循环步骤S43和步骤S44，直至确定所有加工刀位。

5.如权利要求4所述的修正三元叶轮变轴插铣粗加工顶刀刀位的算法，其特征在于，当刀位确定满足条件的刀轴矢量后，需沿刀轴矢量移动刀位，使刀具与轴盘面相切，既需重新计算刀触点与刀心位置。

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