[发明专利]一种基于控制线的航空发动机整体叶盘环形刀加工方法

摘要

本发明提供了一种基于控制线的航空发动机整体叶盘环形刀加工方法，涉及数控加工领域，利用控制线计算环形刀切削整体叶盘叶片的刀位点和刀轴矢量，规划叶盘铣削刀位轨迹，并且应用于整体叶盘的加工，本发明完成了基于控制线的整体叶盘通道环形刀四轴加工的刀具路径规划，将控制线方法应用到了环形刀加工中，本发明不仅显著提高了整体叶盘的加工表面质量，而且提高了加工效率，减少了工时和加工成本，另一方面，由于刀具寿命的提高，使得一把刀具在过度磨损前加工完大尺寸风扇叶盘的一个叶片表面成为了可能，避免了分区域加工造成的接刀痕迹明显的现象。

主权项

一种基于控制线的航空发动机整体叶盘环形刀加工方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1、根据整体叶盘通道的模型，构造通道加工所需的球头刀无干涉刀轴控制线；步骤2、将球头刀的控制线应用到环形刀的四轴通道加工中，具体步骤如下：(1)在加工同一叶盘通道时，采用直径相同的环形刀和球头刀进行刀位点和刀轴矢量计算；(2)选择环形刀和球头刀的加工区域相同，采用四轴加工，球头刀刀轴矢量为刀心点和控制线上等高的点的连线，球头刀、环形刀和被加工表面同一个切触点切触，且球头刀、环形刀的刀轴矢量和加工曲面在切触点处的法矢所成的夹角相同时，两种刀具的刀轴矢量平行；步骤3、基于切触关系计算出不通过控制线的环形刀的刀轴，计算步骤如下：(1)在同一切触点且刀轴平行的条件下，得出环形刀与球头刀的切触关系；(2)根据环形刀与球头刀的切触关系，得出两刀轴在曲面法矢方向上的距离，与法矢方向成固定夹角的刀轴构成一个顶点在法矢线上的锥面，为了满足四轴加工，利用通过锥面顶点的摆刀平面截取该锥面，得到两个刀轴，其中一个刀轴与刀位点确定的刀具位置与叶片有相交，即发生干涉，去除发生干涉的刀轴，剩余的刀轴即为环形刀的刀轴；步骤4、根据切触点、球头刀的刀轴及刀心点和法矢，计算出不通过控制线的环形刀的刀心点，计算步骤如下：(1)在加工曲面加工侧法矢方向上，与切触点距离为R2的点作为球心，R1‑R2为半径做球S1，其中R1为球头刀和环形刀的半径，R2为底刃半径，根据切触关系，环形刀的刀心点即在球面S1上；(2)环形刀刀轴与球面S1相切于一点，该点即为环形刀的刀心点，利用球头刀刀心点、刀轴矢量，切触点坐标和法矢矢量，求出环形刀刀心点在空间内的坐标；步骤5、当环形刀刀轴不通过控制线时，对其进行优化，使其通过控制线，优化步骤如下：(1)将球头刀刀轴在摆刀平面内绕球头刀的刀心点旋转，每次旋转角度为Δθ，得到每次旋转后对应的环形刀刀心点族构成的曲线和环形刀刀轴族，用刀心点曲线和对应点刀轴矢量构成刀轴矢量线，放样刀轴矢量线族构成指纹面；(2)控制线在高度方向为单调变化，环形刀刀轴构成的直纹面在高度方向也是单调变化，且方向相反，故控制线与刀轴族直纹面有且只有一个交点，该交点即为环形刀刀轴与控制线的交点，环形刀刀心点族构成的曲线上与该点等高的点即为环形刀的刀心点，连接该交点与刀心点所得的直线即为通过控制线的环形刀刀轴，且在同一切触点切触时该刀轴为无干涉的环形刀四轴加工刀轴；步骤6、根据残留高度要求，计算出环形刀加工的行距，并根据加工轨迹精度要求计算出加工步距；步骤7、利用步骤5和步骤6计算出的环形刀四轴加工的刀位点和刀轴以及行距和步距，完成通道的四轴加工刀位轨迹规划。