[发明专利]一种五轴电火花加工闭式叶轮轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种五轴电火花加工闭式叶轮轨迹规划方法，包括：获取闭式叶轮三维数字模型，依据三维模型分割加工区域，制定子午流道进气口区域与排气口区域的分割线，采用等间隙法求解电极成形面和利用共轭法的路径规划方法设计电极轨迹，解决了因在传统加工方法中使用的多轴铣削加工是闭式整体涡轮叶盘类零件，带来的刀具可达性等一系列问题，以及电化学加工在复杂型面成形加工的极间间隙控制存在难度，本方法能够提高电极的精度及电极路径轨迹的准确性。

技术领域

本发明涉及闭式整体涡轮叶盘类零件加工领域，尤其涉及一种五轴电火花加工闭式叶轮轨迹规划方法。

背景技术

多轴铣削加工是闭式整体涡轮叶盘类零件的传统加工方法，但半封闭、弯扭的流道结构还是给铣削加工带来了诸如刀具可达性等一系列问题。电化学加工在复杂型面成形加工中得到广泛应用,然而其极间间隙控制存在难度,限制了其在闭式整体涡轮叶盘类零件加工中的应用。多轴联动电火花加工是闭式整体涡轮叶盘类零件的有效加工方法，其原理是对充满涡轮叶盘流道的工具电极原型作尺寸缩减以获得足够的运动空间,工具电极沿着一条复杂的运动路径无干涉地进入涡轮叶盘流道后,拷贝放电加工获得叶片型面。而电火花加工精度，很大程度上取决于电极的精度及电极路径轨迹的准确性。因此电极设计及电极轨迹规划方法就显得尤为重要。由此可见，在电极尺寸尽可能饱满的前提下,如何获得一条无干涉的、优化的电极运动路径是加工的关键问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种五轴电火花加工闭式叶轮轨迹规划方法，包括：

步骤一、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、依据三维模型分割加工区域，制定子午流道进气口区域与排气口区域的分割线AB，使分割线AB绕零件设计中心回转则形成整个流道的分割面，利用该面把流道划分为进气口区域与排气口区域；

步骤三、采用等间隙法求解电极成形面，具体为：假设平均加工间隙δ，在流道待工型面上均匀采集型值点样值，得到型面上的型值点集Pi，n_Pi，则可得到对应的点集P_ni＝P_i-δn_Pi，如果已知Pi坐标为(x_i,y_i,z_i)，n_Pi＝[a_Pi,b_Pi,c_Pi]，则P_ni的坐标值可表达为

P_ni＝{x_i-δa_Pi,y_i-δb_Pi,z_i-δc_Pi} (1)，

其中，n_Pi可为型值点集Pi的法向或某一具体矢量，以式(1)给出的型值点集P_ni，在UG软件建模环境下进行曲面建模，则得到电极的理论成形面；

利用成形电极沿着一条规划的运动轨迹无干涉的进入闭式整体叶轮的流道后，尽可能多的通过电火花放电复制加工得到最多叶片型面。因此，设计电极时，不但要将流道合理分划区域，而且还要确保电极能沿着一条无干涉的运动轨迹加工。故基于电火花加工的特点，采用等间隙法求解电极形成面。

电极从流道中无干涉抽出的轨迹的反向路径即为电极运动路径。实际加工经验表明，在电极运动过程中尽量保持电极位于流道中央，可使尺寸更饱满的电极获得无干涉的运动路径。在实际加工中，提出利用共轭法的路径规划方法。