CN115169047A - 一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法 - Google Patents

Abstract

一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法，属于智能制造电火花加工技术领域，针对目前航空发动机涡轮叶片制作设计过程中的气模孔位绘制以及电火花加工环节，为了解决孔位设计过程中计算角度耗时、加工代码繁琐的问题，提出的一种自动生成孔位以及加工代码的算法系统。

Description

一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法

技术领域

本发明属于智能制造电火花加工技术领域，针对航空发动机涡轮叶片制作设计过程中的气模孔位绘制以及电火花加工环节，提供了一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法。

背景技术

航空发动机涡轮叶片的制造是世界各国机加工与制造领域的难点与重点，其中提高涡轮前温度是提高现代航空发动机循环效率和推动力的有效手段，由于涡轮前温度的升高速度已经远超过涡轮叶片材料所能承受的耐温极限，为了保证高温涡轮能够正常进行工作，需要采用有效的内部和外部强化换热和冷却手段。内部冷却包括扰流柱/肋，冲击力冷却，凹槽，凹坑结构等，外部冷却则是主要通过离散孔实现的气膜冷却。对于航空发动机中气模孔的特性，电火花加工为主要加工途径。

常规叶片制作过程中，在完成涡轮叶片的3维模型搭建后，工作人员为了获得加工对应孔的加工代码，需要逐个对叶片上的孔进行测量以及计算，由于孔的位置差异性较大，并且半径尺寸较小，在处理过程中十分繁琐，在获得需要的信息后，还需要根据孔本身的信息，逐个计算每个孔对应的加工代码，整个过程耗时耗力，在常规情况下，一片叶片上的孔信息计算，需要一位有熟练绘图经验的工作人员工作8-10小时，并且由于长时间单一工作，其工作效率也难以保障，并且在计算过程中还容易出现一些细小错误，并且这些错误不容易通过筛查找出，导致后续工作较为繁琐。

发明内容

本发明针对目前叶片气模孔设计过程中存在的上述问题，结合现场的实际工作情况，提出了一种自动识别计算孔位信息并且生成加工代码的算法系统。

一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法，含有以下步骤：

步骤1、选取零件上表面及气膜孔孔壁，根据气膜孔圆柱孔壁求得圆柱轴，轴与零件上表面的交点为入口点P₀；

步骤2、根据圆柱轴求出当前位置到垂直需要绕Z轴和Y轴旋转的角度；

步骤3、将气膜孔入口轮廓按已求出的绕Z轴和Y轴旋转的角度旋转后，得出加工时的轮廓，提取此时轮廓的最低点坐标到圆柱轴的垂足P₁’， P₀同样按绕Z轴和Y轴旋转的角度旋转得到P₀’，入口长度了L₁等于P₁’和P₀’的距离。

步骤4、将气膜孔出口轮廓按已求出的绕Z轴和Y轴旋转的角度旋转后，得出加工时的轮廓，提取此时轮廓的最高点坐标到圆柱轴的垂足点 P₂’，和此时轮廓的最低点坐标到圆柱轴的垂足点P₃’，出口长度L₂等于 P₂’和P₃’的距离。

步骤5、将P₂’按绕Z轴和Y轴旋转角度反向旋转到初始状态，得到出口点P₂。

步骤6、理论孔深L₃等于入口点P₀到出口点P₂的距离。

步骤7、构建以出口点P₂为起点的射线，矢量方向为入口点P₀到出口点P₂的向量，计算该射线与工件的交点，可能有多个交点，距离排序求出离出口点最近的点P₄，可延伸空间L₄等于出口点P₂和点P₄的距离。

步骤8、加工深度H＝μ₁*L₃+μ₂*L₂+h，

μ₁和μ₂分别表示加工理论孔深L₃和出口长度L₂部分的电极损耗率，为根据给定加工材料和电极试验测得；延伸h为给定值，h﹤L₄。

步骤9、通过上述运算过程，输出计算后的气模孔位置以及加工代码。

本发明的优点：

在之前的计算孔位加工信息操作步骤中，需要手动计算将数据代入到公式中得到相应的参数，加工代码也需要人为输入，将相应的参数转化为符合标准的机器码，在本方法的发明使用后，能够通过鼠标对导入的三维图纸进行交互操作，在执行相对简单的操作后，系统会根据提前配置的一些信息，导出气模孔的加工重要信息，并且能够自动生成机床可以运行的加工代码。整体过程相对人工计算要更加简单，以同样的模型作为对比，一名熟练工人8-10小时的工作，在系统中仅需1小时左右就能完成，并且上手相对简单，只需要正确使用软件即可，对绘图能力要求并没有十分严格，在提高了工作效率的同时节约了人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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个典型案例示意图，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，可以根据例图实施具体的算法和实体操作。

图1为小孔气模孔加工原理示意图。

图2为小孔气模孔零件示意图。

例图中的相关参数将在具体实施方法中详细说明。

具体实施方式

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

实施例1：一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法，含有以下步骤：

圆柱轴对应的为旋转电极A，旋转电极A的轴心为Y轴，与Y轴对应的水平方向为X轴、垂直方向为Z轴，零件孔径D。

如图2所述，选取零件上簸箕孔(零件孔径D)的表面及圆柱孔壁面球的圆柱轴，圆柱轴与零件上表面的交点即为入口点坐标P₀(零件表面)；提取圆柱孔壁面的上部分孔轮廓，对该闭合轮廓形成填充面求与圆柱轴的交点P₁，簸箕孔深度H₁等于P₀和P₁的距离。

在完成角度旋转后，放大模型，找到轮廓下沿与上表面的交点即为轮廓的最低点。

将轮廓最低点投影到圆柱轴上得到垂足P₁’，此时初始的入口点P₀经过Y轴和Z轴变换后形成新的点P₀’,表示气膜孔经过旋转后成标准竖直状态的对应点，两个位置之间的距离不随旋转而发生改变。

入口长度L₁的求取就是P₁’和P₀’之间的距离，对应图1及图2中的标注出口长度L₁。

点击完孔柱内壁后计算并实时显示数据。

计算步骤包括：选取零件上簸箕孔的表面及圆柱孔壁面球的圆柱轴，圆柱轴与零件上表面的交点即为入口点P₀；提取圆柱孔壁面的上部分孔轮廓，对该闭合轮廓形成填充面求与圆柱轴的交点P₁，簸箕孔深度H₁等于P₀和P₁的距离；根据圆柱轴求出当前位置到垂直需要绕Z轴和Y轴旋转的角度；选取簸箕孔流向扩张角贴合面对称线或贴合面中心线L，将P0和L按照已求得的绕Z轴和Y轴旋转的角度旋转，得到旋转后的P₀’和L’，根据点P₀’和线L’构成平面P’，簸箕孔自旋角等于平面P’与Y轴正方向的夹角。

右上角标带’仅表示簸箕孔各个参数经过旋转后成标准竖直状态的对应点，如P₀’对应旋转后的P₀，各个位置点之间的绝对距离不会随着旋转而发生改变。

需要预先设置好相应的参数，如延伸值E、壁厚公差B、出口长度C、孔编号，保存后即可开始进行对簸箕孔特征的提取。

在零件绕Y轴和Z轴旋转后，轮廓上沿与下表面的交点即为轮廓的最高点，将最高点投影到圆柱轴上，得到垂足点P₂’。

同理，轮廓下沿与零件下表面的交点即为轮廓的最低点，将其投影到圆柱轴上，得到垂足点P₃’。根据定义，出口长度L₂即为P₂’和P₃’两点之间的距离，为坐标转换的理论结果。

需要预先设置好相应的参数，如延伸值E、外壁厚度B、孔编号，保存后即可开始进行对簸箕孔特征的提取。

实施例2：一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法，含有以下步骤：导入已经建模完成的叶片模型，首先根据实际需要，设定相关参数值。叶片模型为建模生成的航发叶片数模，通过CAD软件可以查看相关参数。

在设定完成参数数值后，首先选取需要进行识别的孔型，此处以簸箕孔为例，在选取完成孔型之后，选取工件的上表面，接下来选取簸箕孔的圆柱内壁，此时系统会自动生成两个点位，分别为绿球、粉球。

这里两个球分别代表入口点坐标，出口点坐标。随后根据坐标变换，可以得到当前位置到垂直需要绕Z轴和Y轴旋转的角度。

在完成角度旋转后，放大软件内的模型，轮廓下沿与上表面的交点即为轮廓的最低点。将轮廓最低点投影到圆柱轴上得到垂足P₁’，此时初始的入口点P₀经过Y轴和Z轴变换后形成新的点P₀’。入口长度L₁的求取就是P₁’和P₀’之间的距离，详细的标注可参考图1。

这里在软件内当点击完孔柱内壁后可以自动计算并实时显示数据。

在零件绕Y轴和Z轴旋转后，轮廓上沿与下表面的交点即为轮廓的最高点，将最高点投影到圆柱轴上，得到垂足点P₂’。

同理，轮廓下沿与零件下表面的交点即为轮廓的最低点，将其投影到圆柱轴上，得到垂足点P₃’。根据定义，出口长度L₂即为P₂’和P₃’两点之间的距离(理论推导，仅作命名标记，其数值和P₂和P₃两点之间的距离完全一致)。

在实际软件操作中，算法会自动识别下轮廓的最低点并结合粉球实时计算并显示出口长度在数据栏。

在计算提取入口长度后，需要获取孔深等其他特征数据。需要将模型恢复到初始的坐标状态。

可以在软件的菜单栏里点击自动恢复，就可以记住上一次旋转Y轴和 Z轴的角度，并自动反旋转到初始状态。此时得到出口点P₂，即圆柱和下表面交面的中心点位置。

根据定义，如图1，理论孔深等于入口点P₀和出口点P₂两点之间的距离。因为两点在同一圆柱轴线上，所以无需投影，可以直接计算两者之间的距离。通过两个球的球心坐标即可实时计算理论孔深，并显示在数据栏上。

为了求得延伸空间的长度，需要设计新的算法来测量计算。这里以出口点P₂为起点，构建一条矢量射线，其方向为P₀到P₂的直线方向，也即为圆柱轴的轴线方向。这条射线会与工件相交，可能会产生一个或多个交点，多个交点的情况出现在工件表面由多个面组成的场景。假设存在多个交点，通过激光测距可以得到多个距离，其中选取最短的那条，令其交点为P₄，则可延伸空间的数值上等于P₂和P₄两点之间的距离。在软件中，测距功能已经集成到算法中，根据上述的步骤可以自动计算并实时显示数据。

在提取加工深度的特征数据时，需要用到特定的计算公式，

即H＝μ₁*L₃+μ₂*L₂+h。

其中，μ₁和μ₂分别表示加工理论孔深L₃和出口长度L₂部分的电极损耗率，为根据给定加工材料和电极试验测得；延伸h为给定值，h﹤L₄。

这里需要在软件参数设置菜单中提前输入好已知的这些参数，软件在上一步计算完可延伸空间后便可以自动完成加工深度的计算提取并显示。

在数据全部计算提取后，会同步到数据栏中。在一个零件中会存在多个气膜孔，所以会生成多组数据，软件也集成了自动生成excel算法，在点击导出数据后，就可以生成一个详细的数据。

由于机床上的加工用的是机器码，软件同样集成了自动生成机器码的功能。根据提取出来的数据，加上操作指令和固定的开头和结尾，就可以生成完整的机器码，从而可以直接发送到车间的机床上进行测试和生产。整个一套算法和其对应的软件完成了原有人工的全部工作，使效率大大提高，减少了耗时。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种自动计算孔位加工信息并且生成加工代码算法方法，其特征在于，

步骤1、选取零件上表面及气膜孔孔壁，根据气膜孔圆柱孔壁求得圆柱轴，轴与零件上表面的交点为入口点P₀；

将轮廓最低点投影到圆柱轴上得到垂足P₁’，此时初始的入口点P₀’经过Y轴和Z轴变换后形成新的点P₀’，入口长度L₁的求取就是P₁’和P₀’之间的距离，

步骤2、根据圆柱轴求出当前位置到垂直需要绕Z轴和Y轴旋转的角度；

步骤3、将气膜孔入口轮廓按已求出的绕Z轴和Y轴旋转的角度旋转后，得出加工时的轮廓，提取此时轮廓的最低点坐标到圆柱轴的垂足P₁’，P₀同样按绕Z轴和Y轴旋转的角度旋转得到P₀’，入口长度L₁等于P₁’和P₀’的距离，

步骤4、将气膜孔出口轮廓按已求出的绕Z轴和Y轴旋转的角度旋转后，得出加工时的轮廓，提取此时轮廓的最高点坐标到圆柱轴的垂足点P₂’，和此时轮廓的最低点坐标到圆柱轴的垂足点P₃’，出口长度L₂等于P₂’和P₃’的距离，

步骤5、将P₂’按绕Z轴和Y轴旋转角度反向旋转到初始状态，得到出口点P₂，

步骤6、理论孔深L₃等于入口点P₀到出口点P₂的距离，

步骤7、构建以出口点P₂为起点的射线，矢量方向为入口点P₀到出口点P₂的向量，计算该射线与工件的交点，可能有多个交点，距离排序求出离出口点最近的点P₄，可延伸空间L₄等于出口点P₂和点P₄的距离，

步骤8、加工深度H＝μ₁*L₃+μ₂*L₂+h,

μ₁和μ₂分别表示加工理论孔深L₃和出口长度L₂部分的电极损耗率，为根据给定加工材料和电极试验测得；延伸h为给定值，h<L₄，

步骤9、通过上述运算过程，输出计算后的气模孔位置以及加工代码。

Images