[发明专利]实现接触轮与型面有效贴合的数控砂带抛光刀轴控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及抛光技术领域，具体为实现接触轮与型面有效贴合的数控砂带抛光刀轴控制方法。

背景技术

抛光技术是精密机械加工中的重要关键技术，而叶片抛光是抛光技术的重要应用。随着气动技术、结构技术及材料技术的不断发展，为了提高发动机叶片性能，其形状日益复杂、尺寸日益增大，宽弦风扇叶片、掠形转子叶片等新型结构不断被研发。在航空发动机中，作为关键性零件的叶片多为复杂自由曲面，叶身具有弯、宽、掠、扭、薄的特点。高压、高载荷、高温、应力状态的工作环境使得叶片类构件极易发生疲劳断裂。据统计，80%疲劳断裂失效起因于由抛光刀痕、表面组织损伤、应力集中而导致的构件表面质量缺陷。为了提高叶片类构件的气动性能与表面质量、延长其使用寿命，叶片在铣削加工后叶片表面必须进行抛光加工，以满足越来越高的叶片型面加工要求。

当前国内叶片型面抛光主要采用的传统机械专用加工设备，由工人手工完成。这种加工方式不稳定，加工精度不高，叶片质量的一致性和移植性也都难以保证，人工抛光由于是一次加工到位，磨削余量大，加工残余应力也大，还容易造成叶片烧伤而破坏叶片材质的组织结构。而一般的数控抛光设备不能适应叶片类构件型面的几何结构，抛光机构在抛光过程中无法实时根据叶片型面的变化调整姿态，导致抛光刀痕、表面损伤层、应力集中等表面质量缺陷，不能满足航空发动机叶片型面抛光工序的加工要求。

由于砂带抛光可有效去除表面损伤层，处理后的构件表面残余应力为压应力；且光洁度高、粗糙度小，可有效避免因表面质量缺陷而导致的疲劳失效。所以应用砂带数控抛光技术是叶片抛光技术的一个重要发展方向。但我国对该技术的研究尚不完备，针对叶片类航空发动机关键性零部件的数控抛光设备、工艺技术方案还不能满足批量化生产的要求。亟待解决的是：几何形状规则的接触轮如何与具有弯、宽、掠、扭等特点的叶片型面实现有效贴合。所谓贴合：指抛光过程中，发生弹性变形的接触轮将与叶片型面形成一接触区域；若该区域沿接触轮轴线方向上的最大距离等于接触轮母线长度，则称为有效贴合。若该区域沿接触轮轴线方向上的最大距离小于接触轮母线长度，则会出现抛光刀痕，严重影响叶片的疲劳寿命。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种实现接触轮与型面有效贴合的数控砂带抛光刀轴控制方法，通过控制刀轴矢量（砂带支撑轴定义为刀轴），调整抛光过程中接触轮的位置与姿态，有效利用了接触轮的弹性变形和砂带的挠性，使得砂带接触轮与待抛光型面达到最大贴合效果，提高构件的表面质量。

技术方案

本发明的原理为：基于纵向抛光方式下，构造以同一条抛光轨迹上相邻两个刀位点为起、终点且方向与刀具进给方向一致的矢量作为接触轮轴线矢量。然后，过接触轮轴线矢量终点做垂直于型面偏置面的法矢。最后，计算偏置面法矢与接触轮轴线矢量的向量积；以接触轮轴线矢量为旋转轴线，旋转该向量积，旋转角度π/2，旋转平面为偏置面法矢与该向量积所确定的平面，旋转方向定义为由该向量积对应至偏置面法矢的方向。旋转后的向量积为本发明所述的满足接触轮与型面有效贴合的刀轴矢量。

本发明的技术方案为：

所述实现接触轮与型面有效贴合的数控砂带抛光刀轴控制方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：在三维造型软件中，对待抛光构件三维模型中的待抛光型面区域进行偏置，偏置方向为待抛光型面的外法线方向，偏置距离为接触轮半径与抛光余量之差；

步骤2：以接触轮的几何中心点为刀位点，采用等参数线法在偏置面上确定接触轮抛光轨迹，并在轨迹线上离散刀位点；

步骤3：通过以下步骤确定任一刀位点对应的刀轴矢量：

步骤3.1：以该刀位点为起点，沿刀具进给方向的相邻下一个刀位点为终点，构造接触轮轴线矢量τ；过接触轮轴线矢量τ起点做垂直于待抛光型面偏置面的法矢n；构造法矢n与接触轮轴线矢量τ的向量积t；

步骤3.2：以接触轮轴线矢量τ为旋转轴线，绕接触轮轴线矢量τ起点旋转向量积t，旋转角度为π/2，得到的旋转后的向量积即为该刀位点对应满足接触轮与型面有效贴合的刀轴矢量。

有益效果

本发明通过确定刀位点的刀轴矢量，有效避免因贴合效果不佳诱发的抛光刀痕，提高了构件的表面质量，满足批量化生产需求。

附图说明

图1：刀位点示意图

图2：纵向砂带抛光示意图；

图3：砂带抛光刀具示意图；

图4：构造向量积示意图；

图5：构造砂带支撑轴矢量示意图；