專利名稱：薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機數(shù)控加工技術，特別是涉及一種計算機數(shù)字控制的用于薄壁零 件空間曲面的五軸聯(lián)動加工技術。
背棄技術
航空、汽輪機整體葉輪、葉片類復雜零件具有空間復雜曲面、薄壁低剛性、材 料去除率高、材料難加工的特點，造成刀具易磨損、切削余量變化劇烈，并存在加 工精度和表面加工質量難以保證、加工效率低等技術難點。為解決該類零件的高速、 高效、精密加工需求， 一般采用高速五軸聯(lián)動加工和高效路徑規(guī)劃方法。
現(xiàn)有的五軸聯(lián)動CAM (計算機輔助制造)軟件和路徑規(guī)劃方法主要是進行幾何 方面的計算，沒有將加工材料的切削力模型和薄壁零件熱力耦合下的材料變形等綜 合物理約束引入刀具路徑規(guī)劃中，因此，用這些方法生成的加工程序無法滿足薄壁 復雜曲面的精密、高效加工。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能提 高零件曲面加工精度、表面粗糙度、加工效率，能對薄壁、難加工材料零件的加工 工藝進行優(yōu)化的薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的一種薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加 工方法，其特征在于，所述方法的步驟包括-
1、零件的CAD (計算機輔助設計)建模，從正向設計的角度分析整體葉輪、葉 片類復雜零件的幾何特點、材料特點和加工要求，在對工藝進行分類研究的基礎上，
獲得有限的五軸加工工藝特征曲面類型(如葉面、根部、葉梢等)實現(xiàn)基于工藝特 征的零件CAD建模；
2、 針對不同的特征曲面局部，選擇高效的刀具形狀、刀具尺寸和加工策略；根 據(jù)零件的結構特點、曲面特點和工藝參數(shù)約束，利用有理運動包絡法規(guī)劃光順的刀 具路徑；推導NURBS曲線和典型刀具切削刃在有理運動下形成的掃描面的解析表達
式，利用離散刀位點插值有理運動，在無干涉的刀位點之間用有理運動插值刀具路
徑，基于刀具有理運動的解析表達式檢測干涉和誤差；
3、 優(yōu)化刀具路徑和工藝參數(shù)，通過基于有理運動包絡面的材料去除率分析和刀 具與工件表面的相對位置關系計算，快速準確的計算材料去除率以及刀具與工件接 觸的面積和接觸位置；研究基于材料去除率的切削力模型，計算刀具路徑的切削力 分布；按照綜合優(yōu)化切削力、切削熱的原則，在工藝參數(shù)和機床參數(shù)的約束下重新 優(yōu)化刀具路徑和工藝參數(shù)。
本發(fā)明提供的薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法的有益效果由于本發(fā)明 提出了以貼近零件曲面特征面的刀具空間形位擬合(包絡)原理的曲面成形方法， 從而提高零件曲面加工精度、表面粗糙度、加工效率；本發(fā)明通過建立五軸刀具路 徑、材料去處率等幾何模型與上述綜合物理約束的關聯(lián)，將零件加工切削力和切削 熱這些綜合物理量約束引入五軸聯(lián)動刀具路徑規(guī)劃中，從而達到對薄壁、難加工材 料零件的加工工藝優(yōu)化目標。


圖1是本發(fā)明實施例薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法的實施流程框圖。
具體實施例方式
以下結合

對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于 限制本發(fā)明，凡是釆用本發(fā)明的相似結構及其相似變化，均應列入本發(fā)明的保護范
4 圍。
本發(fā)明實施例所提供的一種薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法,其步驟為
1、 零件的CAD建模，從正向設計的角度分析整體葉輪、葉片類復雜零件的幾何特點、 材料特點和加工要求，在對工藝進行分類研究的基礎上，獲得有限的五軸加工工藝 特征曲面類型(如葉面、根部、葉梢等)實現(xiàn)基于工藝特征的零件CAD建模；
2、 針對不同的特征曲面局部，選擇高效的刀具形狀、刀具尺寸和加工策略；根據(jù)零 件的結構特點、曲面特點和工藝參數(shù)約束，利用有理運動包絡法規(guī)劃光順的刀具路 徑；推導NURBS曲線和典型刀具切削刃在有理運動下形成的掃描面的解析表達式，
利用離散刀位點插值有理運動，在無干涉的刀位點之間用有理運動插值刀具路徑，
基于刀具有理運動的解析表達式檢測干涉和誤差；
3、 優(yōu)化刀具路徑和工藝參數(shù)，通過基于有理運動包絡面的材料去除率分析和刀具與
工件表面的相對位置關系計算，快速準確的計算材料去除率以及刀具與工件接觸的
面積和接觸位置；研究基于材料去除率的切削力模型，計算刀具路徑的切削力分布； 按照綜合優(yōu)化切削力、切削熱的原則，在工藝參數(shù)和機床參數(shù)的約束下重新優(yōu)化刀 具路徑和工藝參數(shù)。
本發(fā)明實施例所提供的一種薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法具體的實施
流程如下:
1)模型輸入；
2)得到工件曲面類型；
3)特征提??；
4)根據(jù)特征曲面，或轉至5)，或轉至7);
5)在切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫中，進行參數(shù)選擇；
6)得到切削參數(shù)；
7)刀路規(guī)劃，并進行加工仿真；
8) CL數(shù)據(jù)；
9) 進給率規(guī)劃；
10) 接口數(shù)據(jù)；
11) NC (數(shù)控)插補；
12) NC加工。
本發(fā)明的五軸聯(lián)動加工方法實施流程包括CAD階段(由1)至2)、)， CAM階段 (由3)至10)、)和CNC (計算機數(shù)控機床加工)階段(由ll)至12)、)。
權利要求
1、一種薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法，其特征在于，所述方法的步驟包括1)零件的CAD建模，從正向設計的角度分析整體葉輪、葉片類復雜零件的幾何特點、材料特點和加工要求，在對工藝進行分類研究的基礎上，獲得有限的五軸加工工藝特征曲面類型實現(xiàn)基于工藝特征的零件CAD建模；2)針對不同的特征曲面局部，選擇高效的刀具形狀、刀具尺寸和加工策略；根據(jù)零件的結構特點、曲面特點和工藝參數(shù)約束，利用有理運動包絡法規(guī)劃光順的刀具路徑；推導NURBS曲線和典型刀具切削刃在有理運動下形成的掃描面的解析表達式，利用離散刀位點插值有理運動，在無干涉的刀位點之間用有理運動插值刀具路徑，基于刀具有理運動的解析表達式檢測干涉和誤差；3)優(yōu)化刀具路徑和工藝參數(shù)，通過基于有理運動包絡面的材料去除率分析和刀具與工件表面的相對位置關系計算，快速準確的計算材料去除率以及刀具與工件接觸的面積和接觸位置；研究基于材料去除率的切削力模型，計算刀具路徑的切削力分布；按照綜合優(yōu)化切削力、切削熱的原則，在工藝參數(shù)和機床參數(shù)的約束下重新優(yōu)化刀具路徑和工藝參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種薄壁零件空間曲面的五軸聯(lián)動加工方法，涉及計算機數(shù)控加工技術領域；該加工方法步驟包括1)在對工藝進行分類研究的基礎上，獲得有限的五軸加工工藝特征曲面類型實現(xiàn)基于工藝特征的零件CAD建模；2)針對不同的特征曲面局部，選擇高效的刀具形狀、刀具尺寸和加工策略；推導NURBS曲線和典型刀具切削刃在有理運動下形成的掃描面的解析表達式；3)按照綜合優(yōu)化切削力、切削熱的原則，在工藝參數(shù)和機床參數(shù)的約束下重新優(yōu)化刀具路徑和工藝參數(shù)。本發(fā)明公開的五軸聯(lián)動加工方法能提高零件曲面加工精度、表面粗糙度、加工效率，能對薄壁、難加工材料零件的加工工藝進行優(yōu)化。
文檔編號G05B19/4097GK101169644SQ20061011765
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權日2006年10月27日
發(fā)明者馮景春, 吉 周, 徐志明, 王宇晗, 松 程 申請人:上海電氣集團股份有限公司中央研究院