一种开式整体叶盘盘铣开槽加工方法

摘要

一种开式整体叶盘盘铣开槽加工方法，本发明涉及一种叶盘盘铣通道开槽加工方法。以解决在开式整体叶盘通道的粗加工开槽工序中存在材料去除量大，加工效率低，且由于开槽通道狭窄且深，刀具易与自由曲面叶片发生干涉，刀具易磨损问题。方法是：对开式整体叶盘通道开槽区域进行规划；求取叶片干涉控制线；通道开槽临界线求解；获取通道开槽可达加工域；刀位轨迹的规划；盘铣刀几何参数选取；实现通道开槽盘铣。本发明用于对开式整体叶盘盘铣开槽加工。

主权项

一种开式整体叶盘盘铣开槽加工方法，其特征在于：所述开式整体叶盘盘铣开槽加工方法包括以下步骤：步骤一：对开式整体叶盘通道开槽区域进行规划；先定义垂直于叶盘轴线做一组截平面，然后截取得到与所述叶盘通道环形轮毂曲面相交的一组环曲线，并在这组环曲线中找到距离叶盘轴线距离最大的点；过此点和叶盘轴线的平面，再在这个平面内过所述此点做一直线，使该直线与叶盘轴线平行；再以此直线为母线绕叶盘轴线旋转得到叶盘的开槽内环面；沿着叶片进气边和排气边的边界线将叶片分为凸形的叶背曲面(2)和凹形的叶盆曲面(3)，一个通道内相邻叶片的叶背曲面(2)、叶盆曲面(3)和开槽内环面构成了一个通道(4)的开槽区域；步骤二：求取叶片干涉控制线；根据几何原理求曲面间最小距离方法，利用三维设计软件直接求出，求取相邻叶背曲面(2)和叶盆曲面(3)距离最近的两个点p₁和p₂，由于通道(4)内相邻叶背曲面(2)和叶盆曲面(3)呈两侧展开结构，可知所求取的该两个点靠近轮毂曲面(1)；连接该两个点即为叶片干涉控制线(5)，所求取的叶片干涉控制线(5)的长度即为通道(4)相邻叶片的最小间距；步骤三：通道开槽临界线求解；将步骤一中的开槽内环面以叶盘轴线为中心进行偏置，使得到的偏置面过步骤二中所求两个点中的叶背曲面(2)上点，得到偏置面一F₁，同理过叶盆曲面(3)上点得到偏置面二F₂；求得所述偏置面一F₁与叶背曲面(2)的一条凸状相交曲线S₁，同理求得偏置面二F₂与叶盆曲面(3)的凹状相交曲线S₂；过步骤二中所求叶背曲面(2)上点求取所述凸状相交曲线S₁的单侧包络直线l₁，求解过程应用最小二乘原理公式如下：$y=min\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i^2,---\left(1\right)$其中x为S₁上各点到l₁的距离，y为x方差最小值；同理求得叶盆曲面(3)的凹状相交曲线S₂的单侧包络直线l₂，所求解的凸状相交曲线S₁的单侧包络直线l₁和凹状相交曲线S₂的单侧包络直线l₂即为通道开槽临界线；步骤四：获取通道开槽可达加工域；定义一个平面一F₃使其与叶盘轴线垂直相交；过步骤二的叶片干涉控制线(5)定义另一个平面二F₄，并使所述平面二F₄与所述平面一F₃垂直相交；将步骤三中求得的两条通道开槽临界线投影到平面二F₄分别得到两条直线，定义该两条直线分别是直线一l₃和直线二l₄，定义两个临界平面分别是临界平面一L₁和临界平面二L₂，并使得临界平面一L₁过直线一l₃，临界平面二L₂过直线二l₄，使所述两个临界平面与平面二F₄垂直，将平面二F₄沿法矢量通道方向进行偏置，偏置距离为开槽工序最小加工余量，再使偏置后的平面二F₄与开槽内环面相切，得到开槽内环面偏置面，将临界平面一L₁进行偏置得到偏置面一L₁₁，将临界平面二L₂进行偏置得到偏置面二L₂₂，分别使偏置面一L₁₁距离p₁点之间的部分为开槽工序最小加工余量，偏置面二L₂₂距离p₂点之间的部分为开槽工序最小加工余量；求得的三个偏置面所划分出的步骤一的开槽区域即为通道(4)的开槽区域可达加工域；步骤五：刀位轨迹的规划；在步骤四通道的开槽区域可达加工域中，利用开槽内环面偏置面截取偏置面一L₁₁与偏置面二L₂₂分别得到两条直线和两条可达加工域临界直线，所述两条直线分别为第一条直线l₁₁与第二条直线l₂₂，对比两条可达加工域临界直线，定义长的那条加工域临界直线为l₀；平移第一条直线l₁₁与第二条直线l₂₂，使该两条直线交点处在所述长的那条加工域临界直线l₀上，得到两条平移后的直线一l₀₁与直线二l₀₂，分别过平移后的直线一l₀₁与直线二l₀₂做平行于偏置面一L₁₁与偏置面二L₂₂的两个平行平面，两个平行平面分别是平行平面一L₀₁和平行平面二L₀₂，由此得出偏置面一L₁₁与平行平面一L₀₁，偏置面二L₂₂与平行平面二L₀₂所组成的两个固定轴盘铣槽；刀位点即为盘铣刀盘底面中心，刀轴为两个再偏置的第二偏置面法矢量，切削模式为单向切削，根据切削参数要求即可得到步骤四中通道的开槽加工域内的所有刀位路径；步骤六：盘铣刀几何参数选取；由步骤四获取的可达加工域利用三维设计软件直接算出开槽深度，开槽深度的二倍加上刀具内径d的和即为刀盘总体直径D选取最小值；刀体配套刀片刀刃宽度E由叶盘材料和步骤五中偏置面一L₁₁与平行平面一L₀₁，偏置面二L₂₂与平行平面二L₀₂的几何间距参考选取；使E＜Δd+nε,其中Δd为固定槽间距，n为加工轨迹行数，ε为加工行距；刀片刃形由步骤四中可达加工域槽型选取，刀片为方形刀片；选取刀片的小角度正前角γ小于5°，后角α为6°～8°；步骤七：实现通道开槽盘铣；根据步骤五的刀位路径和步骤六的刀具几何参数在计算机上应用通用工程软件UG中的CAM功能，把生成的加工程序根据第一条直线l₁₁与所述长的那条加工域临界直线l₀之间夹角进行刀轴角度盘铣槽平移变换，同理根据第二条直线l₂₂与所述长的那条加工域临界直线l₀之间夹角生成另一个固定轴盘铣槽加工程序；并在所述工程软件UG上进行仿真验证，最后把这个通道的加工程序根据叶盘通道数量按照每个开槽通道的夹角进行旋转变换即可得到整个叶盘的所有通道开槽加工程序；然后根据加工程序控制数控机床实现开式整体叶盘盘铣开槽加工。