[发明专利]闭式整体涡轮叶盘最大运动范围电极进给轨迹规划方法

说明书

本发明提供了一种闭式整体涡轮叶盘最大运动范围电极进给轨迹规划方法，包括轨迹规划：把每个运动节点的运动范围最大当作目标函数，进行电极与闭式整体涡轮叶盘的干涉判断，利用参数辨识拟合出曲面方程；借助刚体运动的形式对电极运动进行描述，并且采用序列二次规划算法求解，得出电极运动轨迹上的每个节点，并且利用样条插值方式得到电极的运动轨迹。本发明的有益效果是：不涉及较为复杂的计算，计算相对简单；借助刚体运动的形式对电极运动进行描述，并且采用序列二次规划算法（SQP）进行求解该优化问题，进而得到电极进给轨迹上的运动节点，最后对各个运动节点进行样条插值得到电极的进给轨迹。

技术领域

本发明涉及涡轮叶盘加工，尤其涉及一种闭式整体涡轮叶盘最大运动范围电极进给轨迹规划方法。

背景技术

闭式整体涡轮叶盘作为航空航天发动机的重要组成，是决定发动机性能的关键部件。闭式叶盘的整体结构避免了传统开式叶盘的榫卯连接部件，减轻了其重量；同时整体结构由于叶冠的存在而提高了发动机的能量转换率，大幅度提高了发动机的整体性能，从而广泛应用于发动机领域。

闭式整体叶盘的先进结构带来性能提升的同时，也给制造技术带来了巨大的挑战。由于流体通道空间变成了半封闭结构，加之叶盘多采用难切削的高温合金或钛合金材料，使得传统的切削加工遇到了巨大的困难。由于流体通道狭小弯曲，而且形面复杂，刀具可达性差，不得不采用小直径刀具，加工效率极低，刀具磨损严重到难以接受的程度。有些流道弯曲度很大，即便采用小直径刀具也无法实现加工。

闭式整体叶盘可选择的加工方法主要有多轴联动铣削加工、电化学加工和多轴联动数控电火花加工等。经过多年的技术研发，在多种技术并行发展及竞争过程中，多轴联动电火花加工技术逐渐成为闭式整体叶盘加工领域的首选加工方法。

目前许多研究人员对闭式整体叶盘电火花加工工艺方法进行了大量研究。如廖平强等提出了以电极厚度缩减量为目标函数，以电极在叶盘流道内为约束条件，进行一系列的优化求解得到电极相应的进给轨迹点。非线性约束条件判断主要把电极和叶盘简化在垂直径向的截面上，判断所有型值点在前后叶片径向截面线之间，这种方式使得叶冠和轮毂面容易出现误差，电极厚度缩减量较大。刘晓等提出了共轭法的电极轨迹规划方式，要求电极在进给过程中保持电极的中心线和流道中心线相切，使电极尽可能的沿着流道中心进给，获得了平稳性较高的进给轨迹。该规划方式取得流道和电极中心线的操作比较复杂，并且受到流道的影响较大。Ayesta I等提出最大化最小距离的目标函数，使电极尽可能的沿着流道中心附近进给。但是这种方式的计算量取决于电极表面型值点的数目，需要选择合适的电极表面型值点来代替电极表面，运动轴数的增加也会使计算量增加。梁为等提出最大自由行程的轨迹规划方式，以每个进给点电极不干涉的自由行程最大为目标函数，得到相应的进给轨迹点；但是求解过程涉及到优化变量的方向以及优化变量的预测问题，需要提前知道优化变量的方向以及大致范围。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种闭式整体涡轮叶盘最大运动范围电极进给轨迹规划方法。

本发明提供了一种闭式整体涡轮叶盘最大运动范围电极进给轨迹规划方法，包括轨迹规划：把每个运动节点的运动范围最大当作目标函数，进行电极与闭式整体涡轮叶盘的干涉判断，如果闭式整体涡轮叶盘流道曲面方程未知，则利用参数辨识拟合出流道曲面方程；借助刚体运动的形式对电极运动进行描述，并且采用序列二次规划算法求解，得出电极运动轨迹上的每个节点，并且利用样条插值方式得到电极的运动轨迹。