閉式整體葉盤電火花加工電極最大自由運動行程軌跡搜索方法
【專利說明】閉式整體葉盤電火花加工電極最大自由運動行程軌跡搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機械自動化領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于閉式整體葉盤電火花加工過程中獲得電極無干涉進給軌跡的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]葉盤類零件是航空航天發(fā)動機的核心部件之一，也是決定發(fā)動機性能的關(guān)鍵因素之一。隨著航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，對于葉盤類零件的需求也越來越多，而對于其制造精度和效率的要求也在不斷提高。葉盤類零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是閉式整體結(jié)構(gòu)，其葉片端部有一圈葉冠存在，流道會呈現(xiàn)半封閉的結(jié)構(gòu)，給加工帶來極大的挑戰(zhàn)。而閉式整體葉盤的葉片、盤身和葉冠由同一塊毛還加工而來，加工十分困難。
[0003]目前，電火花加工是解決閉式整體葉盤加工問題的有效手段。該加工工藝最核心的問題是如何獲取成形電極無干涉的進給軌跡，進給軌跡的獲取關(guān)系到電火花加工可否進行，而且一定程度上影響著加工的效率。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，廖平強等人在《帶冠整體渦輪盤加工中成型電極進給軌跡搜索方法研究》中提出了一種以求取電極最小縮減量為目標(biāo)函數(shù)的軌跡搜索方法，該方法需要電極每次沿著X軸進行移動步進量，然后在其他軸上進行調(diào)整，但是該方法只能針對四軸聯(lián)動機床進行搜索，即包含XYZ平動和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)，針對五軸和六軸機床，該方法并不能有效利用所有的自由度，機床的加工能力不能得到完全體現(xiàn)，且該方法考慮到的電極處理形式單一，針對電極需要采用剖分處理的過程并不能很好地描述。
[0005]劉曉等人提出了一種“共輒法”軌跡搜索方法，通過控制讓電極盡量沿著流道中心線進行運動，從而讓電極運動出流道，該方法在搜索時，分為預(yù)優(yōu)化和再優(yōu)化兩個步驟，需要調(diào)整電極中心線和流道中心線在出口位置相切，該方法可以獲得多軸聯(lián)動的運動形式，針對葉盤類零件的多種形式，該方法可以很方便獲得電極軌跡，但是針對電極在經(jīng)過剖分處理，電極中心線與流道中心線存在很大偏差的情況下，搜索過程則不能有效利用電極已有的運動空間，搜索成功的概率會受到很大影響。
[0006]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN104117741A，公開（公告）日2014. 10. 29,公開了一種數(shù)控加工領(lǐng)域的閉式整體葉盤電火花加工六軸聯(lián)動攝動進給方法，該技術(shù)通過在電極主運動軌跡的基礎(chǔ)上，增加垂直于主運動軌跡方向的往復(fù)微幅擾動，即在電極主運動軌跡上的每個節(jié)點，獲取垂直于電極頭部位姿變化的攝動進給方向上的參考平面，然后在參考平面內(nèi)依電極能夠運動的極限位置得到攝動區(qū)域；再在攝動區(qū)域內(nèi)圍繞主運動軌跡采集優(yōu)化參考節(jié)點，依次經(jīng)擬合得到新的進給方向，經(jīng)增加密化節(jié)點，形成支持最多六軸聯(lián)動的攝動進給軌跡；最后輸出攝動進給軌跡的數(shù)控加工代碼，通過電極實現(xiàn)帶有優(yōu)化抬刀動作的閉式整體葉盤電火花加工。該方法是通過在已有軌跡的基礎(chǔ)上增加攝動的方式來提高加工排肩能力，進而提高電火花加工效率，也就是說該方法并不是針對電極軌跡搜索過程，而更多是對已有軌跡進行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種閉式整體葉盤電火花加工電極最大自由運動行程軌跡搜索方法，該方法不受閉式整體葉盤結(jié)構(gòu)形式的限制，可以通用于渦輪盤、噴嘴環(huán)和栗葉輪等多種類型的閉式整體葉盤類零件的加工。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009]本發(fā)明以電極進給的終止位置為優(yōu)化軌跡起點、電極整體運動出流道之外為優(yōu)化軌跡終點、電極頭部的端面中心指向電極尾部的端面中心的矢量方向作為電極運動的參考方向，將電極從優(yōu)化軌跡起點運動到優(yōu)化軌跡終點的過程劃分為若干階段；電極從各階段的一個運動節(jié)點無干涉地平移運動得到該階段的下一個運動節(jié)點，平移運動由一個沿著參考方向上的移動量和垂直于參考方向的平面內(nèi)的一個調(diào)整量構(gòu)成，同時電極在各個運動節(jié)點進行電極旋轉(zhuǎn)軸姿態(tài)調(diào)整；電極無干涉地運動到流道外后得到全部的運動節(jié)點，采用三次樣條曲線光滑地連接起所有節(jié)點即為完整的優(yōu)化軌跡；將優(yōu)化軌跡進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到無干涉進給軌跡；
[0010]所述的移動量是指相鄰階段沿著參考方向上的間距，當(dāng)電極移動該間距出現(xiàn)與葉盤干涉時則減小移動量，而減小至葉盤加工精度要求值時仍然干涉，則結(jié)束優(yōu)化軌跡的規(guī)劃，修改電極，采用修改后的電極重新開始優(yōu)化軌跡搜索。
[〇〇11] 所述的調(diào)整量是指：確定移動量之后，在垂直于參考方向的平面內(nèi)移動電極，找出電極與葉盤不干涉的運動區(qū)域，將該區(qū)域作為不干涉區(qū)域；以不干涉區(qū)域內(nèi)電極能夠沿著參考方向繼續(xù)移動量最大的位置作為運動節(jié)點，移動量終點到該運動節(jié)點的矢量為調(diào)整量。
[0012]所述的電極旋轉(zhuǎn)軸姿態(tài)調(diào)整是指：在運動節(jié)點上確保電極與葉盤無干涉的范圍內(nèi)調(diào)整電極旋轉(zhuǎn)軸位姿，使得電極繼續(xù)沿著參考方向上無干涉移動量最大。
[0013]所述的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是指將優(yōu)化軌跡逆向得到電極無干涉進給軌跡，并輸出符合電火花機床加工運動形式的數(shù)控代碼。
[0014]在實際加工過程中，電極和葉盤都會各自進行運動；由于運動是相對的，在確定電極進給軌跡時將葉盤的運動轉(zhuǎn)變成電極的運動，即簡化成以電極相對于葉盤的運動描述所有運動軸的運動，在確定電極進給軌跡后還原得到葉盤和電極的實際運動軌跡。
技術(shù)效果
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：
[0016]1)軌跡搜索成功率高：在電極退出流道的每個位置上都去尋找擁有最大向流道外運動趨勢的點，最終讓電極沿著一條擁有向流道外最大運動趨勢的軌跡運動到流道之夕卜，極大地提高軌跡搜索成功的可能性；
[0017]2)通用性好：適用于多種形貌的流道結(jié)構(gòu)，不需要進行提取流道的中心線等復(fù)雜的操作，還可以減少因為中心線提取不同而對搜索產(chǎn)生的影響；
[0018]3)多軸聯(lián)動、加工效率高：由于搜索過程中并沒有嚴(yán)格限制電極的運動方式，可以根據(jù)需要選擇參與運動的自由度，最高包含六個自由度；而如果減少一些自由度同樣可行，這對于某些運動自由度受到限制的情況是非常有利的；在軌跡搜索時，兩種運動同時作用到電極之上，最大程度地利用機床的加工能力；在電極進給時，通過多軸聯(lián)動可以獲得比較好的放電狀態(tài)，一定程度上提高加工效率。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】中電火花加工各運動軸定義的示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明【具體實施方式】中確定電極無干涉進給軌跡的流程圖；
[0021]圖3為本發(fā)明【具體實施方式】中定義參考方向的示意圖，其中：箭頭方向為參考方向，箭頭端圓點為電極尾部端面中心，直線端圓點為電極頭部端面中心；
[0022]圖4為本發(fā)明【具體實施方式】中獲取第i+Ι個節(jié)點的示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明【具體實施方式】中繞電極旋轉(zhuǎn)軸A軸調(diào)整電極姿態(tài)的示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明【具體實施方式】中電極無干涉進給示意圖；
【具體實施方式】
[0025]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍