CN114850549B - 一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法 - Google Patents

一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114850549B
CN114850549B CN202210469547.0A CN202210469547A CN114850549B CN 114850549 B CN114850549 B CN 114850549B CN 202210469547 A CN202210469547 A CN 202210469547A CN 114850549 B CN114850549 B CN 114850549B
Authority
CN
China
Prior art keywords
milling cutter
machining
blade
current
processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210469547.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114850549A (zh
Inventor
何正琛
林盛
门正兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Aeronautic Polytechnic
Original Assignee
Chengdu Aeronautic Polytechnic
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Aeronautic Polytechnic filed Critical Chengdu Aeronautic Polytechnic
Priority to CN202210469547.0A priority Critical patent/CN114850549B/zh
Publication of CN114850549A publication Critical patent/CN114850549A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114850549B publication Critical patent/CN114850549B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/16—Working surfaces curved in two directions
    • B23C3/18—Working surfaces curved in two directions for shaping screw-propellers, turbine blades, or impellers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，包括S1通过建模软件建立叶片三维模型；S2将叶片的加工曲面分为多个连续的加工区段；S3计算当前加工区段的初始坐标点和末尾坐标点之间对应的圆弧弦长和对应圆心角度；S4根据当前加工区段的圆弧弦长值和对应圆心角度值计算当前加工区段的平滑度；S5根据平滑度的数值确定当前铣刀的走刀速度；S6根据铣刀确定的走刀速度加工叶片当前加工区段的曲面；铣刀移动至下一加工区段，铣刀的加工对象由下一加工区段变成为当前加工区段；S7重复步骤S3～S6，直至铣刀将所有的加工区段加工后，完成叶片的加工；根据叶片不同加工区段中平滑度的不同，控制铣刀的走刀速度，有效的提高加工效率。

Description

一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法
技术领域
本发明涉及数控叶片加工技术领域，特别是涉及一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法。
背景技术
叶片是用于航空、航天发动机的重要部件，往往具有较为复杂的结构。叶片的铣削工艺比较成熟，大多采用四轴联动加工中心完成。而绝大多数四联动加工中心有共同的弱点，A轴旋转速度低，精加工叶身时，采用机床A轴连续旋转的四轴联动加工，加工效率较低。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明旨在提供一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，解决现有的四联动加工中心加工叶片效率低下的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：提供了一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，其包括以下步骤：
S1：通过建模软件建立叶片三维模型；
S2：将叶片的加工曲面分为多个连续的加工区段；
S3：计算当前加工区段的初始坐标点和末尾坐标点之间对应的圆弧弦长和对应圆心角度；
S4：根据当前加工区段的圆弧弦长值和对应圆心角度值计算当前加工区段的平滑度；
S5：根据平滑度的数值确定当前铣刀的走刀速度；
S6：根据铣刀确定的走刀速度加工叶片当前加工区段的曲面；当前加工区段加工完成后，铣刀移动至下一加工区段，铣刀的加工对象由下一加工区段变成为当前加工区段；
S7：重复步骤S3～S6，直至铣刀将所有的加工区段加工后，完成叶片的加工。
进一步地，设当前加工区段的初始坐标点为a(x0,y0,z0)，末尾坐标点b为(x1,y1,z1)，则当前加工区段的圆弧弦长值为：
式中，DTL为圆弧弦长值。
进一步地，当前加工区段初始坐标点和末尾坐标点之间对应圆心角度值为：
θ＝arc cosθ
式中，θ为当前加工区段初始坐标点和末尾坐标点之间对应圆心角度值。
进一步地，当前加工区段的平滑度为：
式中，Rate为平滑度。
进一步地，当Rate＜1.5时，则判定铣刀的位置在叶片的叶背或叶盆处，铣刀的走刀速度保持初始速度；
当Rate＞1.5时，当前加工区段的转角大，则判定铣刀的位置在叶片的前后缘处，提高铣刀的走刀速度；
当1.5＜Rate＜2.5时，铣刀的走刀速度为初始速度的1.5倍；
当2.5＜Rate＜3.0时，铣刀的走刀速度为初始速度的2.0倍；
当3.0＜Rate＜3.5时，铣刀的走刀速度为初始速度的2.5倍；
当3.5＜Rate＜4.0时，铣刀的走刀速度为初始速度的3.0倍。
进一步地，铣刀的初始走刀速度为2000mm/min。铣刀为Φ8R2涂层硬质合金圆柱铣刀。
本发明的有益效果：本发明中的基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，通过将叶片分为多个加工区域，并计算出每个加工区段的圆弧弦长值、圆心角度值和加工区段的平滑度，将平滑度作为变量，判断铣刀加工的位置，并在叶片前后缘处提高铣刀的走刀速度，在保证叶片加工面表面质量的前提下，有效的提高加工效率，解决现有的四联动加工中心加工叶片效率低下的问题。
附图说明
图1为基于四轴联动加工中心加工叶片的方法的流程图。
图2为叶片的结构示意图。
图3为铣刀铣削叶片的走刀路径结构示意图。
图4为本发明中基于四轴联动加工中心加工叶片的方法中，铣刀在叶片不同位置的走刀速度结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1～4所示，本发明提供了一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，其包括以下步骤：
S1：通过建模软件建立叶片三维模型；建模软件可以为UG；
S2：将叶片的加工曲面分为多个连续的加工区段；
S3：计算当前加工区段的初始坐标点和末尾坐标点之间对应的圆弧弦长和对应圆心角度；具体地，设当前加工区段的初始坐标点为a(x0,y0,z0)，末尾坐标点b为(x1,y1,z1)，则当前加工区段的圆弧弦长值为：
式中，DTL为圆弧弦长值。
当前加工区段初始坐标点和末尾坐标点之间对应圆心角度值为：
θ＝arccosθ
式中，θ为当前加工区段初始坐标点和末尾坐标点之间对应圆心角度值。
S4：根据当前加工区段的圆弧弦长值和对应圆心角度值计算当前加工区段的平滑度；当前加工区段的平滑度为：
式中，Rate为平滑度。
S5：如图4所示，根据平滑度的数值确定当前铣刀的走刀速度；当Rate＜1.5时，则判定铣刀的位置在叶片的叶背或叶盆处，铣刀的走刀速度保持初始速度；图4中F表示为走到速度，单位为mm/min；
当Rate＞1.5时，当前加工区段的转角大，则判定铣刀的位置在叶片的前后缘处，提高铣刀的走刀速度；
当1.5＜Rate＜2.5时，铣刀的走刀速度为初始速度的1.5倍；
当2.5＜Rate＜3.0时，铣刀的走刀速度为初始速度的2.0倍；
当3.0＜Rate＜3.5时，铣刀的走刀速度为初始速度的2.5倍；
当3.5＜Rate＜4.0时，铣刀的走刀速度为初始速度的3.0倍。
铣刀的初始走刀速度为2000mm/min，铣刀为Φ8R2涂层硬质合金圆柱铣刀。
S6：根据铣刀确定的走刀速度加工叶片当前加工区段的曲面；当前加工区段加工完成后，铣刀移动至下一加工区段，铣刀的加工对象由下一加工区段变成为当前加工区段；
S7：重复步骤S3～S6，直至铣刀将所有的加工区段加工后，完成叶片的加工。
本发明的基本原理为：在四轴联动加工中心加工叶片时，在连续走刀的模式下，走刀速度是多轴的合成速度，对于4轴联动机床，则有
V＝Vx+Vy+Vz+VA，其中，V表示走刀速度(矢量)，单位mm/min；Vx表示x轴方向的走刀速度(矢量)，单位mm/min；Vy表示Y轴方向的走刀速度(矢量)，单位mm/min；Vz表示Z轴方向的走刀速度(矢量)，单位mm/min；VA表示A轴方向的走刀速度(矢量)，单位mm/min；如图2所示，由矢量合成法则可知，叶片的叶盆和叶背相对比较平缓，A轴旋转角度较小，VA较小，这时的走刀速度V主要由XYZ轴移到速度组成，选择合适的速度，可以高效完成叶背和叶盆的加工；对于叶片前后缘圆角而言，在一个较小的半圆弧上，A轴将旋转近180°，即加工前后缘的圆角时，VA较大，Vx、Vy、Vz就很小，这时移到距离就较慢，加工效率就较低；进一步分析叶片前后缘的圆角走刀路径，如图3所示，铣削叶片前后缘时，铣刀从叶背铣削到叶盆，铣刀从点C位置开始，A轴转动，铣刀跟随叶片转动，直到叶片转动近180°到点D位置。在这个过程中，叶片的有效铣削距离为前后缘圆弧，铣刀的移到路径等效从C位置绕近似叶片截面长度一半为半径的半圆移到到D位置。不难看出，铣削前后缘将会耗费较长的时间。提高效率的方法是提高前后缘铣削时的走刀速度，如果单一提高进给速度来提高效率，叶盆和叶背的表面质量又粗糙，达不到技术要求，提高效率唯有通过提高前后缘旋转速度实现。
如果使用手工方式修改程序提高走刀速度，工作量很大，而且容易出错；而熟悉UG软件编程人员知道，从编程参数设置方面着手，也不能解决这一问题的。而本发明明通过将叶片分为多个加工区域，并计算出每个加工区段的圆弧弦长值、圆心角度值和加工区段的平滑度，将平滑度作为变量，判断铣刀加工的位置，并在叶片前后缘处提高铣刀的走刀速度，在保证叶片加工面表面质量的前提下，有效的提高加工效率，解决现有的四联动加工中心加工叶片效率低下的问题。

Claims (3)

1.一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过建模软件建立叶片三维模型；
S2：将叶片的加工曲面分为多个连续的加工区段；
S3：计算当前加工区段的初始坐标点和末尾坐标点之间对应的圆弧弦长和对应圆心角度；
设当前加工区段的初始坐标点为a(x0,y0,z0)，末尾坐标点b为(x1,y1,z1)，则当前加工区段的圆弧弦长值为：
式中，DTL为圆弧弦长值；
S4：根据当前加工区段的圆弧弦长值和对应圆心角度值计算当前加工区段的平滑度；
当前加工区段初始坐标点和末尾坐标点之间对应圆心角度值为：
θ＝arccosθ
式中，θ为当前加工区段初始坐标点和末尾坐标点之间对应圆心角度值；
当前加工区段的平滑度为：
式中，Rate为平滑度；
S5：根据平滑度的数值确定当前铣刀的走刀速度；当Rate＜1.5时，则判定铣刀的位置在叶片的叶背或叶盆处，铣刀的走刀速度保持初始速度；
当Rate＞1.5时，当前加工区段的转角大，则判定铣刀的位置在叶片的前后缘处，提高铣刀的走刀速度；
当1.5＜Rate＜2.5时，铣刀的走刀速度为初始速度的1.5倍；
当2.5＜Rate＜3.0时，铣刀的走刀速度为初始速度的2.0倍；
当3.0＜Rate＜3.5时，铣刀的走刀速度为初始速度的2.5倍；
当3.5＜Rate＜4.0时，铣刀的走刀速度为初始速度的3.0倍；
S6：根据铣刀确定的走刀速度加工叶片当前加工区段的曲面；当前加工区段加工完成后，铣刀移动至下一加工区段，铣刀的加工对象由下一加工区段变成为当前加工区段；
S7：重复步骤S3～S6，直至铣刀将所有的加工区段加工后，完成叶片的加工。
2.一种根据权利要求1所述的基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，其特征在于，铣刀的初始走刀速度为2000mm/min。
3.一种根据权利要求2所述的基于四轴联动加工中心加工叶片的方法，其特征在于，铣刀为Φ8R2涂层硬质合金圆柱铣刀。
CN202210469547.0A 2022-04-28 2022-04-28 一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法 Active CN114850549B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210469547.0A CN114850549B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210469547.0A CN114850549B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114850549A CN114850549A (zh) 2022-08-05
CN114850549B true CN114850549B (zh) 2024-02-23

Family

ID=82635990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210469547.0A Active CN114850549B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114850549B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06206112A (ja) * 1993-01-12 1994-07-26 Fuji Electric Co Ltd 大形ランナベーン翼面の加工方法
JP2003076410A (ja) * 2001-08-30 2003-03-14 Mitsubishi Electric Corp 速度制御装置、速度制御方法およびその方法をコンピュータに実行させるプログラム
JP2010003018A (ja) * 2008-06-18 2010-01-07 Fujitsu Ltd 工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法
CN101745672A (zh) * 2009-12-21 2010-06-23 东方电气集团东方汽轮机有限公司 汽轮机叶片菌型叶根型槽的加工方法
DE102010060220A1 (de) * 2010-10-28 2012-05-03 Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh Verfahren zur Bearbeitung von Freiformflächen
CN103064344A (zh) * 2012-12-25 2013-04-24 广东省自动化研究所 一种基于nurbs曲线插补的速度平滑控制方法
CN104384586A (zh) * 2014-09-30 2015-03-04 四川泛华航空仪表电器有限公司 四轴数控铣机床加工整体叶轮的方法
CN104400648A (zh) * 2014-10-20 2015-03-11 华南理工大学 一种复杂曲面抛光速度自适应控制方法
CN107329458A (zh) * 2017-07-10 2017-11-07 深圳市旗众智能自动化有限公司 一种连续小线段轨迹的动态自适应速度前瞻控制方法
CN108763744A (zh) * 2018-05-28 2018-11-06 株洲齿轮有限责任公司 轮齿齿廓平滑度的评估方法及轮齿齿廓的修形方法
CN109597357A (zh) * 2018-12-17 2019-04-09 山东大学 一种面向叶片旋铣工艺的数控编程方法及装置
CN111630461A (zh) * 2018-12-21 2020-09-04 深圳配天智能技术研究院有限公司 数控加工方法及系统、具有存储功能的装置
CN113111404A (zh) * 2021-03-30 2021-07-13 深圳市旗众智能科技有限公司 一种空间连续小线段圆弧与直线拟合方法
CN113312051A (zh) * 2021-06-28 2021-08-27 深圳市亿图软件有限公司 一种图形圆角处理方法、装置、计算机设备及存储介质

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06206112A (ja) * 1993-01-12 1994-07-26 Fuji Electric Co Ltd 大形ランナベーン翼面の加工方法
JP2003076410A (ja) * 2001-08-30 2003-03-14 Mitsubishi Electric Corp 速度制御装置、速度制御方法およびその方法をコンピュータに実行させるプログラム
JP2010003018A (ja) * 2008-06-18 2010-01-07 Fujitsu Ltd 工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法
CN101745672A (zh) * 2009-12-21 2010-06-23 东方电气集团东方汽轮机有限公司 汽轮机叶片菌型叶根型槽的加工方法
DE102010060220A1 (de) * 2010-10-28 2012-05-03 Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh Verfahren zur Bearbeitung von Freiformflächen
CN103064344A (zh) * 2012-12-25 2013-04-24 广东省自动化研究所 一种基于nurbs曲线插补的速度平滑控制方法
CN104384586A (zh) * 2014-09-30 2015-03-04 四川泛华航空仪表电器有限公司 四轴数控铣机床加工整体叶轮的方法
CN104400648A (zh) * 2014-10-20 2015-03-11 华南理工大学 一种复杂曲面抛光速度自适应控制方法
CN107329458A (zh) * 2017-07-10 2017-11-07 深圳市旗众智能自动化有限公司 一种连续小线段轨迹的动态自适应速度前瞻控制方法
CN108763744A (zh) * 2018-05-28 2018-11-06 株洲齿轮有限责任公司 轮齿齿廓平滑度的评估方法及轮齿齿廓的修形方法
CN109597357A (zh) * 2018-12-17 2019-04-09 山东大学 一种面向叶片旋铣工艺的数控编程方法及装置
CN111630461A (zh) * 2018-12-21 2020-09-04 深圳配天智能技术研究院有限公司 数控加工方法及系统、具有存储功能的装置
CN113111404A (zh) * 2021-03-30 2021-07-13 深圳市旗众智能科技有限公司 一种空间连续小线段圆弧与直线拟合方法
CN113312051A (zh) * 2021-06-28 2021-08-27 深圳市亿图软件有限公司 一种图形圆角处理方法、装置、计算机设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN114850549A (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103537743B (zh) 多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法
CN104102171B (zh) 一种球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法
CN103433804B (zh) 基于五轴无干涉刀轴控制线的叶轮加工刀轴矢量控制方法
CN108415374B (zh) 基于机床旋转进给轴运动学特性的刀轴矢量光顺方法
CN103624350A (zh) 一种整体叶盘叶片电解精加工成形装置及其整体叶盘叶片加工成形方法
CN111644909B (zh) 一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法
CN103056625A (zh) 基于ug nx系统平台整体叶轮的五轴加工方法
CN109597357B (zh) 一种面向叶片旋铣工艺的数控编程方法及装置
CN111638682B (zh) 一种使用磨损砂轮磨削周齿螺旋刃后刀面的补偿方法
CN110221576B (zh) 干涉和运动学约束的五轴加工刀轴线性优化方法
CN100343021C (zh) 复杂曲线磨削过程中的砂轮法向跟踪方法
CN113204852B (zh) 一种球头铣刀铣削加工表面形貌预测方法及系统
CN103752924A (zh) 一种一轴步进三轴联动的空间曲面铣削加工方法
Jiang et al. An approach for improving the machining efficiency and quality of aerospace curved thin-walled parts during five-axis NC machining
CN114850549B (zh) 一种基于四轴联动加工中心加工叶片的方法
CN116594348A (zh) 一种数控加工过程中的刀位点轨迹实时优化方法及应用
CN109093447A (zh) 一种基于刀具均匀磨损的刀轨设计方法
CN109530768B (zh) 一种叶片叶尖削边减薄区的加工方法
CN112296766B (zh) 一种整体叶盘叶片型面的数控柔性抛光方法
CN203636051U (zh) 一种单叶片加工用球头铣刀及带球头铣刀的五轴数控机床
CN108098515B (zh) 一种使用多种成型砂轮加工钻头槽型的方法
CN109597355A (zh) 曲面微织构数控加工刀轴矢量的设计方法
CN110711883B (zh) 一种整体叶盘流道侧面摆线铣粗加工方法
CN112147893B (zh) 一种基于直纹面空间的五轴铣削刀轴矢量优化方法
CN108710339A (zh) 一种周铣加工表面形貌快速建模方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant