[发明专利]一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法，包括以下步骤：步骤一、建立模型；步骤二、刀具选型；步骤三、分割加工区域；步骤四、重构叶型曲面；步骤五、计算刀心点；步骤六、计算刀轴矢量；步骤七、后置处理；本发明方法进行闭式叶轮的叶片精加工刀具轨迹规划，使精加工得到的刀痕沿流线方向，提高产品工作效率；另外采用小角度五轴插铣，大幅减少了刀具受径向分力导致的刀具变形，提高了叶片加工精度；可以使两端进刀加工产生的接刀痕更小。

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法。

背景技术

闭式叶轮被广泛应用于航空航天发动机压气机、涡轮、涡轮泵等部件中，传统工艺为焊接或铸造结构，随着技术的发展，越来越多的闭式叶轮才用整体数控加工技术，该项技术成为了航空航天发动机制造中的关键技术，其中精加工刀具轨迹规划是其技术核心。航空航天发动机中闭式叶轮材料通常为高温合金、钛合金或不锈钢等难加工材料，叶片曲面为直纹面或自由曲面，加工精度要求高，通常采用的方法为定轴铣加钳工抛修、单个曲面的五轴铣、将通道视为异形管道的五轴螺旋铣或等高铣。上述方法分别存在以下问题：加工效率低下、表面质量差；加工精度低、接刀痕高度过大；刀痕垂直于流线方向，降低了产品性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法，能够使得刀痕沿气流方向，提高表面质量和加工精度，降低中部接刀痕高度。

实现本发明的技术方案如下：

一种闭式叶轮的精加工刀具轨迹规划方法，包括以下步骤：

步骤一、建立模型；

获取闭式叶轮三维数字模型，以双3次张量积B样条曲面分别定义叶盆曲面为A、叶背曲面为B、内轮毂面为H、外轮毂面为S、前缘曲面为L、尾缘曲面为T；上述特征曲面构成一个基本通道单元；

步骤二、刀具选型；

分析最小容刀间隙，确定刀具几何尺寸，开敞性好的结构选用锥度球头铣刀或直柄球头铣刀，开敞性差的结构选用棒棒糖铣刀；

步骤三、分割加工区域；

在通道单元中部设定初始分界面，以分割进气边和出气边分别进刀加工的加工范围；

步骤四、重构叶型曲面；

步骤五、计算刀心点；

根据闭式叶轮产品表面粗糙度要求，按照等参数法分别计算叶盆曲面A、叶背曲面B、内轮毂面H、外轮毂面S、前缘曲面L、尾缘曲面T上的一组u向参数线p(u)，相邻参数线之间的距离即为切削行距，利用德布尔算法的递推公式得出等参数点q_i,j即为刀具切触点；切触点沿曲面法矢偏置刀具半径R即得到了刀心点O_i,j；

步骤六、计算刀轴矢量；

按如下公式计算每个切触点处的一阶导矢：

其中，为参数点处的一阶导矢，为控制定点，N_j,2(u)为基函数；