[发明专利]不可展直纹面叶片侧铣刀轴矢量规划方法

说明书

技术领域

本发明属于高精度数控加工技术领域，特别涉及一种不可展直纹面叶片侧铣刀轴矢量规划方法。

背景技术

不可展直纹面采用侧铣加工效率高，但线接触本身存在理论误差，因此，国内制造企业为了达到高精度的加工要求，往往放弃高效的侧铣方法，采用球头刀点铣，以效率换精度。不可展直纹面侧铣理论差的控制是一个难点，其中刀轴矢量的规划最为关键，直接影响直纹面加工误差，在现有的侧铣加工刀轴矢量规划方法中，主要沿母线上法矢量偏置一个刀具半径的距离得到刀轴矢量。现有的直纹面侧铣刀轴有以下几种：

（1）单点规划法。如图1(a)所示为刀轴矢量单点规划法的规划原理，r₁、r₂分别为不可展直纹面叶片的准线，将直母线沿着其上一点p的法矢量平移刀具半径距离形成刀轴矢量T，这种方法会在叶顶和叶根产生过切，如图1(b)所示为单点规划法产生的过切情况。

（2）两点规划法。如图2(a)所示为刀轴矢量两点规划法的规划原理，在直母线上选取两点p₁、p₂，分别沿这两点的法矢量偏置刀具半径的距离形成刀轴矢量T。还有一种改进的方法是，这两点不是选在母线的端点，而是选在母线参数V方向0.25和0.75的位置上，以此形成刀轴矢量。这种方法比单点法稍好，但直母线中部过切量较大，如图2(b)为两点规划法产生的过切情况。

（3）最小二乘多点规划法。如图3所示为刀轴矢量最小二乘多点规划法的规划原理，均匀选取直母线上若干个点，并沿法矢量方向偏置半径R的距离，采用最小二乘法直线拟合这些偏置点，得到刀轴矢量T。此方法实质是两点规划法的推广，只是把加工过切误差分布到母线的各点上。

现有的单点规划法、两点规划法和最小二乘多点规划法，都是在直纹面上通过沿法矢量方向偏置刀具半径，形成刀轴矢量。由于不可展直纹面叶片存在扭曲，不可展直纹面同一条母线上法矢量方向不同，由此形成的刀轴矢量，将不可避免地产生过切误差。

本发明突破了已有方法的思路束缚，提出了一种新的刀轴矢量规划方法。此方法中刀轴矢量的规划不再直接利用直纹面本身进行规划，而是在直纹面的等距面上规划。不可展直纹面的等距面不再是直纹面，而是一般的自由曲面，但由于是在直纹面的基础上获取的，其形状仍然近似于直纹面，因此该等距面上仍然存在一条线近似于直线，找到这条线作为刀轴矢量。由此方法得到的刀轴矢量可使加工误差在刀具与被加工直纹面切触状态下趋于最优，获得高的加工精度。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提出一种不可展直纹面叶片侧铣刀轴矢量规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）求取不可展直纹面的等距面；

2）求取等距面上一搜索起点的渐近方向；

3）求取该搜索起点沿渐近方向搜索步长δ的点；

4）重复步骤2）、3）搜索等距面上的一条渐近曲线；

5）对该条渐近曲线进行处理并确定刀轴矢量；

6）以一定的走刀步长确定下一搜索起点，重复步骤2）、3）、4）、5），获得整张不可展直纹面的刀轴矢量。

所述步骤1）中的等距面相对不可展直纹面的偏置距离为刀具半径r。

所述步骤2）中的渐进方向为等距面上一点曲率为零的方向。

所述步骤3）中的搜索步长δ人为给定，保证搜索到的渐近曲线上的点数有10～20个，以便能由后续的最小二乘法拟合成直线段。

所述步骤5）中的采用最小二乘法对渐近曲线进行处理。

所述步骤6）中一定的走刀步长由加工误差确定。

发明的有益效果：采用本发明规划不可展直纹面的刀轴矢量，其理论误差可控制在微米级，比现有方法产生的误差减小一个数量级，其加工精度可达到直纹面叶片加工的高精度要求。将该方法用于不可展直纹面的高精度侧铣加工中，替代现有耗时的点铣法，相对于点铣法，可提高加工效率十余倍，大大缩短叶片加工周期。

附图说明

图1(a)为刀轴矢量单点规划法的规划原理；

图1(b)为单点规划法产生的过切情况；

图2(a)为刀轴矢量两点规划法的规划原理；

图2(b)为两点规划法产生的过切情况；

图3为刀轴矢量最小二乘多点规划法的规划原理；

图4为本发明所提出的不可展直纹面刀轴矢量规划方法原理；

图5为沿渐进方向的搜索；

图6为某离心压缩机叶轮几何造型；

图7为某离心压缩机叶片造型及刀轴矢量；