一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，該方法將現(xiàn)有雙邊偏置的走刀方式改為垂直于葉輪軸向的走刀方式，且每條垂直于葉輪軸向的橫向切削路徑通過(guò)圓弧進(jìn)退刀連接形成一個(gè)環(huán)形切削路徑，一層粗加工路徑由多個(gè)環(huán)形切削路徑組成。本發(fā)明通過(guò)合理規(guī)劃加工走刀路徑，縮短刀路總長(zhǎng)度，解決了傳統(tǒng)整體葉輪開(kāi)粗方法中存在的加工刀路冗余導(dǎo)致加工效率低的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法。

【背景技術(shù)】
[0002]整體葉輪與裝配結(jié)構(gòu)的葉輪相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱性能好、可靠性高及重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于各種高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)中；但由于其幾何結(jié)構(gòu)及葉片曲面形狀較為復(fù)雜，加工難度較大，目前雖然能夠采用多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控進(jìn)行加工，但加工質(zhì)量差、效率低、加工成本高，制約了整體葉輪的使用。研究如何提高整體葉輪的數(shù)控加工質(zhì)量及效率的工作顯得尤為重要。整體葉輪粗加工中材料去除量很大，合理的設(shè)計(jì)粗加工方案，快速去除粗加工余量對(duì)提高整體葉輪的加工效率是很有意義的。目前通用的商用計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM)軟件的葉輪加工模塊中針對(duì)整體葉輪粗加工工藝，均采用了雙邊偏置的走刀方式。雙邊偏置的粗加工走刀方式在葉片扭曲較小、兩葉片間的流道寬度較為均勻時(shí)比較實(shí)用，但若葉片扭曲大、流道寬度大小變化劇烈時(shí)，這種走刀方式會(huì)在流道較窄的位置出現(xiàn)刀路冗余的情況，嚴(yán)重影響了葉輪的加工效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于通過(guò)一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，來(lái)解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問(wèn)題。
[0004]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其包括如下步驟:
[0006]S101、根據(jù)整體葉輪幾何形狀及粗加工工藝參數(shù)，采用CAM軟件生成整體葉輪粗加工的刀位軌跡源文件；
[0007]S102、設(shè)定環(huán)形走刀路徑的切寬ae ；
[0008]S103、對(duì)步驟SlOl中生成的刀位軌跡源文件依次進(jìn)行逐行讀取和解析，以提取刀位軌跡源文件的全部切削路徑的刀位點(diǎn)信息；
[0009]S104、根據(jù)切寬ae將步驟SlOl中獲得的每條粗加工刀路分成多段，獲取對(duì)應(yīng)的等分刀位點(diǎn)及其刀軸矢量；
[0010]S105、在每一層的兩條刀路上，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)等分刀位點(diǎn)之間通過(guò)圓弧插補(bǔ)獲得橫切刀路的刀位點(diǎn)，通過(guò)線性插值法獲得對(duì)應(yīng)的刀軸矢量；
[0011]S106、針對(duì)每一層刀路，插入圓弧進(jìn)退刀刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量；
[0012]S107、針對(duì)每一層刀路，連接橫切刀路及圓弧進(jìn)退刀刀路，獲得環(huán)形走刀刀路，最終獲得整體葉輪粗加工環(huán)形走刀刀路。
[0013]特別地,所述步驟S104具體包括:
[0014]S1041、讀取每一條刀路中每一個(gè)刀位點(diǎn)信息，包括GOTO/語(yǔ)句中的前三項(xiàng)參數(shù)[xI Z]n，其中η表示該條切削路徑的第η個(gè)刀位點(diǎn)，以及后三項(xiàng)數(shù)據(jù):即第η個(gè)刀位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刀軸矢量[i j k]n，其中ne [1，N]，N表示該條刀路中的刀位點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0015]S1042、首先將刀路的第一個(gè)刀位點(diǎn)[X y z]1設(shè)為該條刀路的第一個(gè)等分刀位點(diǎn)，然后計(jì)算第一個(gè)刀位點(diǎn)[X I Z]1中的Z軸坐標(biāo)值Z1與第2~N個(gè)刀位點(diǎn)[X y Z]2~[X y冗^(guò)的Z軸坐標(biāo)值的差值的絕對(duì)值，依次設(shè)為Λζ12、Λζ13、…Λ ζ1Ν，分別比較Λζ12、Λζ13^..八2?與步驟5102中切寬&6的大小，取最接近&6的AZls，se [2，N]，則獲得第二個(gè)等分刀位點(diǎn)為[X y z]s,然后計(jì)算第s個(gè)刀位點(diǎn)[X y z]s的Z軸坐標(biāo)值Zs與第s+1~N個(gè)刀位點(diǎn)[X y z]s+1~[X y z]N的Z軸坐標(biāo)值的差值的絕對(duì)值,依次設(shè)為Azs—s+1、Δ zs_s+2>...Δ zs—Ν，分別比較Azs s+1、Azs s+2、…八％』與步驟5102中切寬ae的大小，取最接近ae的Azsr, r e [s+1，N]，則獲得第三個(gè)等分刀位點(diǎn)為[X y Ζ]%同理，依次計(jì)算，直至獲得的等分刀位點(diǎn)為[X Y z]N后停止，最終獲得該條刀路上的所有等分刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量，設(shè)該條刀路上等分刀位點(diǎn)個(gè)數(shù)為M，每個(gè)等分刀位點(diǎn)的坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量設(shè)為[Xf yf zf ifjf kfr，其中 t e [l，M]。
[0016]特別地，所述步驟S105具體包括:
[0017]S1051、讀取步驟S104中獲得的兩條刀路上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)等分刀位點(diǎn)，設(shè)同一層上的刀路I上的等分刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量為[Xfl yfl Zfl ifl jfl kfl]t，刀路2上的等分刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量為[xf2 yf2 zf2 if2 jf2 kf2]t，其中t e [I,Μ]；
[0018]S1052、插入橫切刀路的刀位點(diǎn)，具體包括:取步驟S1051中的兩個(gè)等分刀位點(diǎn)[xflyfi ZfJlP [xf2 yf2 ZfJt,由兩等分刀位點(diǎn)的等分原理可知,這兩等分刀位點(diǎn)的Z坐標(biāo)Zfl和Zf2是近似相等,故假設(shè)其相等，即有刀位點(diǎn)[xfl yfl ZfJt和[xf2 yf2 zf2]1在XY平面上，同時(shí)兩個(gè)點(diǎn)[Xfl yfl]t和[χ? Yf2It是在垂直于Z軸的一個(gè)平面Z = Zfl或Z = Zf2上同一個(gè)圓弧上的兩個(gè)端點(diǎn)，該圓弧的半徑為

【權(quán)利要求】
1.一種整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 5101、根據(jù)整體葉輪幾何形狀及粗加工工藝參數(shù)，采用CAM軟件生成整體葉輪粗加工的刀位軌跡源文件； 5102、設(shè)定環(huán)形走刀路徑的切寬ae； 5103、對(duì)步驟SlOl中生成的刀位軌跡源文件依次進(jìn)行逐行讀取和解析，以提取刀位軌跡源文件的全部切削路徑的刀位點(diǎn)信息； 5104、根據(jù)切寬ae將步驟SlOl中獲得的每條粗加工刀路分成多段，獲取對(duì)應(yīng)的等分刀位點(diǎn)及其刀軸矢量； 5105、在每一層的兩條刀路上，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)等分刀位點(diǎn)之間通過(guò)圓弧插補(bǔ)獲得橫切刀路的刀位點(diǎn)，通過(guò)線性插值法獲得對(duì)應(yīng)的刀軸矢量； 5106、針對(duì)每一層刀路，插入圓弧進(jìn)退刀刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量； 5107、針對(duì)每一層刀路，連接橫切刀路及圓弧進(jìn)退刀刀路，獲得環(huán)形走刀刀路，最終獲得整體葉輪粗加工環(huán)形走刀刀路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S104具體包括: 51041、讀取每一條刀路中每一個(gè)刀位點(diǎn)信息，包括GOTO/語(yǔ)句中的前三項(xiàng)參數(shù)[Xy z]n，其中η表示該條切削路徑的第η個(gè)刀位點(diǎn)，以及后三項(xiàng)數(shù)據(jù):即第η個(gè)刀位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刀軸矢量[i j k]n,其中ne [1，N], N表示該條刀路中的刀位點(diǎn)個(gè)數(shù)； 51042、首先將刀路的第一個(gè)刀位點(diǎn)[Xy z]1設(shè)為該條刀路的第一個(gè)等分刀位點(diǎn)，然后計(jì)算第一個(gè)刀位點(diǎn)[X I Z]1中的Z軸坐標(biāo)值Z1與第2?N個(gè)刀位點(diǎn)[X y Z]2?[X y Z]N的Z軸坐標(biāo)值的差值的絕對(duì)值，依次設(shè)為Λζ12、Λζ13、吣八2?，分別比較八212、八213、…八2?與步驟5102中切寬&6的大小，取最接近&6的AZls，se [2，N]，則獲得第二個(gè)等分刀位點(diǎn)為[X y z]s,然后計(jì)算第s個(gè)刀位點(diǎn)[X y z]s的Z軸坐標(biāo)值Zs與第s+1?N個(gè)刀位點(diǎn)[X y z]s+1?[X y z]N的Z軸坐標(biāo)值的差值的絕對(duì)值,依次設(shè)為Azs—s+1、Δ zs_s+2>...Δ zs—Ν，分別比較Azs s+1、Azs s+2、…八％』與步驟5102中切寬ae的大小，取最接近ae的Azsr, r e [s+1，N]，則獲得第三個(gè)等分刀位點(diǎn)為[X y Ζ]%同理，依次計(jì)算，直至獲得的等分刀位點(diǎn)為[X Y z]N后停止，最終獲得該條刀路上的所有等分刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量，設(shè)該條刀路上等分刀位點(diǎn)個(gè)數(shù)為M，每個(gè)等分刀位點(diǎn)的坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量設(shè)為[Xf yf zf ifjf kfr，其中 t e [l，M]。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S105具體包括: 51051、讀取步驟S104中獲得的兩條刀路上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)等分刀位點(diǎn)，設(shè)同一層上的刀路I上的等分刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量為[xfl yfl zfl ifl jfl kfl]t，刀路2上的等分刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量為[xf2 yf2 zf2 if2 jf2 kf2]t，其中t e [I,Μ]； 51052、插入橫切刀路的刀位點(diǎn)，具體包括:取步驟S1051中的兩個(gè)等分刀位點(diǎn)[Xflyflzfl ]1和[xf2 yf2 zf2 ]\由兩等分刀位點(diǎn)的等分原理可知,這兩等分刀位點(diǎn)的Z坐標(biāo)zfl和zf2是近似相等,故假設(shè)其相等，即有刀位點(diǎn)[xfl yfl zfl]lP [xf2 yf2 平面上，同時(shí)兩個(gè)點(diǎn)[Xfl yfl]t和[χ? Yf2It是在垂直于Z軸的一個(gè)平面Z = Zfl或Z = zf2上同一個(gè)圓弧上的兩個(gè)端點(diǎn)，該圓弧的半徑為
在該圓弧上按等弧長(zhǎng)方法插入S個(gè)點(diǎn),其中，S取
的整數(shù)部分,設(shè)該S個(gè)點(diǎn)表示為[Xht yhtzflt]%其中，q e [1，S]； s1053、通過(guò)線性插值法獲得步驟S1052中得到的S個(gè)橫切刀路刀位點(diǎn)的刀軸矢量，具體包括:取步驟 S1051 中兩個(gè)等分點(diǎn)[xfl yfl zfl ifl jfl 1^]1及[xf2 yf2 zf2 if2 jf2 ^2Jt對(duì)應(yīng)的刀軸矢量[ifl jfl kfl]t和[if2 jf2 kf2]t，設(shè)步驟S1052中獲得的橫切刀位點(diǎn)[xht yhtZflt]%對(duì)應(yīng)的刀軸矢量為[iht jht kht]%其中qe [1，S]，設(shè)矢量c= [a b c?為未單位化的橫切刀位點(diǎn)[xht yht zfltr對(duì)應(yīng)的刀軸矢量，則根據(jù)線性插值法，其計(jì)算公式為:
將矢量C進(jìn)行單位化，獲得橫切刀位點(diǎn)[Xht yht Zfltr對(duì)應(yīng)的刀軸矢量[iht jht kht]%計(jì)算公式為:
s1054、重復(fù)步驟S1051-S1053，直到獲得該層刀路上所有等分刀位點(diǎn)之間的橫切刀路的刀位點(diǎn)及刀軸矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S106具體包括: s1061、連接同一條刀路上的等分刀位點(diǎn)P[xfyf zf；HQ[xf yf Zf]^1,其中te [2，Μ],獲得線段PQ ;連接P與橫切刀位點(diǎn)H[xht yht Zflt]3,獲得線段PH ； s1062、在線段PQ與PH組成的夾角之間倒圓角，圓角半徑為0.5ae，圓弧交PQ于T1，交PH于T2 ;通過(guò)線性差值法獲得切點(diǎn)！\、T2的刀軸矢量； s1063、在圓弧T1T2上按照等弧長(zhǎng)公式插入5個(gè)刀位點(diǎn)，并同理步驟S1053，通過(guò)線性差值法獲得對(duì)應(yīng)刀位點(diǎn)處的刀軸矢量； 步驟S1064、重復(fù)步驟S1061-S1063，直至獲得該層上所有圓弧進(jìn)退刀刀位點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的刀軸矢量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整體葉輪粗加工環(huán)形走刀路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S107具體包括: s1071、連接橫切刀路及圓弧進(jìn)退刀刀路，獲得環(huán)形刀路； s1072、按照步驟S1071的連接順序，依次連接該層上的所有環(huán)形刀路，最終獲得該層上的所有環(huán)形刀路，即整體葉輪粗加工環(huán)形走刀刀路。
【文檔編號(hào)】G05B19/4093GK104181865SQ201410432722
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】代星, 鄢龍志, 嚴(yán)思杰, 唐祥武, 丁漢 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)無(wú)錫研究院