直纹面叶轮刀具轨迹规划加工方法

摘要

直纹面叶轮刀具轨迹规划加工方法，它涉及一种刀具轨迹规划加工方法。本发明解决了现有的叶轮零件的数控加工方法存在没有提出加工整体式直纹面叶轮的完整加工工艺、没有给出刀心点或刀尖点的计算方法、加工切削效率低、操作复杂、自动化程度低、无法实现直纹面叶轮的五轴加工等问题。本方法的主要步骤为：叶轮零件计算机辅助制造模型CAM的建立、刀轴矢量的计算、刀心点的计算、整体刀具轨迹的规划、完成叶轮零件的加工。本发明方法解决了直纹面叶轮的五轴加工的问题，具有加工切削效率高、易操作、自动化程度高的优点。利用本方法加工出的直纹面叶轮的流道排列整齐、结构对称、流道表面刀具轨迹分布均匀的特点，大幅度减少了后续打磨加工的工作量。

主权项

1、一种直纹面叶轮刀具轨迹规划加工方法，其特征在于它是按照以下步骤实现的：步骤一、叶轮零件计算机辅助制造模型CAM的建立：由CAM软件读取叶轮三维设计图的曲线上的有序型值点，将读取的有序型值点采用逼近算法来进行叶轮上各条曲线的逼近拟合，求出叶轮零件的CAM模型，逼近算法是应用最小二乘法来进行直纹面叶轮上曲线的逼近，具体步骤如下：步骤a、将读取的叶轮三维设计图的曲线上的有序型值点序列P_i(i＝0，…，m)构造成B样条曲线：$r\left(u\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_i·N_{i,k}\left(u\right)$其中V_i(i＝0，…，n)为控制多边形顶点，N_i，k(u)为定义在节点矢量U＝{u₀，u₁，…，u_n+k|1}上的k次B样条基函数；步骤b、求取V_i(i＝0，…，n)：采用最小二乘法公式简记为T·V＝P其最小二乘解为V＝(T^T·T)^-1·T·P其中上述方程中T是基函数矩阵，V是控制多边形顶点矩阵，P是有序型值点矩阵；步骤c、采用迭代法逐次求精：对每个t_i，引入调整量Δt_i，其中${\mathrm{\Delta t}}_i=\frac{|P_i-r\left(t_i\right)|}{\left|r^{\prime }\left(t_i\right)\right|}$使得对于实值序列t_i；i＝0，1，…，m有误差量$e(r,t)=\underset{i=0}{\overset{m}{\Sigma }}\left|\right|P_i-r\left(t_i\right)\left|\right|$达到最小；上式中实值序列t_i；i＝0，1，…，m为型值点对应于曲线上点的参数值；步骤d、在每次迭代的过程中，都计算逼近误差，如果误差不满足要求，那么应用上式修正t_i，再次迭代，直到满足逼近精度要求为止。步骤二、刀轴矢量的计算：建立计算刀轴矢量的数学模型，$\left\{\begin{array}{c}\alpha =\arccos \left(\frac{2d{\sin }^2(\gamma /2)}{\sqrt{L^2+4d^2{\sin }^2(\gamma /2)}}\right)\\ d=R/\sin \left(\alpha \right)\end{array}\right.$其中上述方程组中，α是侧倾角，d：偏移距离，α和d均是未知数，L是直纹面母线，R是刀具半径，γ是法矢量的夹角，L、R和γ均是已知数；步骤三、刀心点的计算：将步骤二中的刀轴矢量抽象成空间有向线段，叶轮轮毂面的偏移曲面抽象成自由曲面，计算所得的自由曲面和空间有向线段的交点就是刀心点的位置；步骤四、整体刀具轨迹的规划：开槽加工、扩槽加工、叶片精加工；步骤五、完成叶轮零件的加工。