[发明专利]基于型线调整的汽轮机叶片加工方法

权利要求书

1.一种基于型线调整的汽轮机叶片加工方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实 现：

步骤一、定义：

(一)、将工件与刀具接触点为圆心且时刻转动平移的工件坐标系作为五轴联动程序 坐标系；其中，五轴联动程序坐标系是关于转角A的函数；刀具的刀轴方向为五轴联动程 序坐标系的Z轴方向；

(二)、在机床坐标系下Y-Z平面上利用确定的四个点绝对坐标，能够根据五轴联动 程序生成圆；其中，

四个点绝对坐标为：

第一个点：X0，Y0，Z100，A90

第二个点：X0，Y-100，Z0，A180

第三个点：X0，Y0，Z-100，A270

第四个点：X0，Y100，Z0，A360

且，A指主轴绝对转角；

(三)、五轴联动程序坐标系沿着Y轴移动时Y值的变化规律：

根据五轴联动程序坐标系的时刻变化特性，当刀轴不通过回转轴时，五轴联动程序坐 标系的Y值不再为零，则五轴联动程序坐标系沿着Y轴的移动呈现的变化规律是，通过改 变Z值和A值而使加工代码中Y值改变，程序效果为：

步骤二、求解五轴联动程序坐标系的变换规律，得到瞬时坐标系的坐标变换矩阵：

当利用五轴联动程序坐标系沿X轴或Y轴或Z轴移动进行实际机床加工时，将沿X 轴或Y轴或Z轴移动的参数转换为工件坐标系下的数值，再通过转换后的参数与G代码中 的X、Y、Z值矢量进行加减操作。

2.根据权利要求1所述的基于型线调整的汽轮机叶片加工方法，其特征在于：步骤二 所述求解五轴联动程序坐标系的变换规律，得到瞬时坐标系的坐标变换矩阵的过程为，

步骤二一、设沿X轴或Y轴或Z轴相对于前一个点的移动是相对数值，并设机床坐标 系固连在机床的回转中心，工件坐标也固连在机床的回转中心；

(1)四轴联动简单情况，在Y-Z平面上：

设在五轴联动程序坐标系中从位置1′处转换到位置1处的点，其水平移动距离为b； 其中，沿着Y轴正向移动为正，反之为负；

位置1处的坐标为(y，z，A)，位置1′处的坐标为(y′，z′，A)

根据位置关系，推导出相对关系：

Y=Y′+b·cos A1Z=Z′-b·sin A1---1-1]]>

(2)四轴联动复杂情况：

设在五轴联动程序坐标系中从位置1′处转换到位置1处的点，其水平移动距离为b₁， 垂直移动距离为b₂；

将四轴联动复杂情况分解成两段平移：位置1′处转换到0点，在由0点转换到位置1 处，则

位置1′处转换到0点，转换坐标关系为：

Y0=Y′+b1·cos A1Z0=Z′-b1·sin A1---1-2]]>

0转换到位置1′处，转换坐标关系为：

Y=Y0+b2·sin A1Z=Z0+b2·cos A1---1-3]]>

那么，空间点从位置1′处转换到位置1处的转换关系为：

Y0=Y′+b1·cos A1+b2·sin A1Z0=Z′-b1·sin A1+b2·cos A1---1-4]]>

工件点X方向移动的距离为b₁，那么b₀、b₁、b₂三个方向合成了空间点的一般位置移 动，符合了普遍性的移动性质，

X方向的移动与其他参数无关，即：

X＝X′+b₀1-5

合并式1-4和1-5得到某一瞬时坐标点空间移动的矩阵方程：

XYZ=X′Y′Z′+1000cos A1sin A10-sin A1cos A1b0b1b2---1-6]]>

a→j=a→i′+Ei(1)b→---1-7]]>

(3)机床摆头摆动的五轴联动情况：

机床摆头方向坐标变换，在X-Z平面上：

由于刀轴方向为工件坐标系的Z轴方向，那么，五轴联动的工件坐标系X、Y、Z与四 轴联动的工件坐标系X′Y′Z′存在着角度的偏差，当空间某点从位置1′处转换到位置 1处时，根据数学关系，可以得到：

某点从位置1′转换到0点：

X0=X+b0·cos(-C1)Z0=Z-b0·sin(-C1)---1-8]]>

某点从位置0转换到1点：

X=X0+b2·sin(-C1)Z=Z0+b2·cos(-C1)---1-9]]>

将式1-7和1-8合并，可得：

X=X0+b0·cos C1-b2·sin C1Z=Z0+b0·sin C1+b2·cos C1]]>

那么在X-Z平面空间某点从位置1′转换到1点的转换矩阵为：

XYZ=X′Y′Z′+cosC10-sinC1010sinC10cosC1b0b1b2---1-10]]>

a→j=a→i′+Ei(2)b→---1-11]]>

实际的坐标点由X、Y、Z、A和C五个元素组成，其中，A、C分别指主轴绝对转角 和摆头绝对转角，将这两个元素加进去，合成五轴联动坐标变换的通用公式，即：

XYZ=XYZ+1000cos A′sin A′0-sin A′cos A′cosC′0-sinC′010sinC′0cosC′b0b1b2---1-11]]>

XYZAC=X′Y′Z′A′C+cosC′0-sinC′00sin A′sin C′cos A′sin A′cos C00cosA′sinC′-sin A′cosA′cosC′000001000001b0b1b2b31---1-12]]>

基于移动位移向量得到的新的坐标值：a→j=a→i′+Eib→---1-13]]>

且每个瞬时加工点的坐标变换矩阵都是不同的，是随着上一个加工点位置变化而变化； 其中，E_i表示每个相应的坐标变换矩阵，i＝1,2,3...；表示移动位移向量，表示每个 相应的坐标变换矩阵与移动位移向量的矢量乘积，表示原坐标的坐标矩阵中的矢量；

步骤二二、借助QT和C++实现机床专用的操作系统；

步骤二三、在机床上试运行五轴联动程序软件：

在机床上试运行五轴联动程序软件，若验证出五轴联动程序计算后生成文件的走点轨 迹是正确的，则进行下一步正式开始使用五轴联动程序软件，否则进行五轴联动程序校验， 直到验证出五轴联动程序计算后生成文件的走点轨迹是正确；

步骤二四、试运合格后，开始使用五轴联动程序软件进行叶片线性的调整；

步骤二五、解决五轴联动程序运行过程出现的问题。