自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法，用于解决现有整体叶盘通道粗加工方法实用性差的技术问题。技术方案是首先对型腔摆线铣开槽加工区域进行划分。再对自由曲线型腔粗加工摆线铣切削段轨迹进行规划。利用自由曲线恒定负载轨迹优化方法对摆线铣切削段轨迹进行优化。再对非切削段轨迹进行规划，将非切削段轨迹分为直线段回程和圆弧进退刀两部分。进退刀段圆弧曲线应保证与加工区域边界曲线、摆线轨迹切削段曲线以及回程直线段相切。本发明专利技术使得在摆线加工过程中能够保证刀具负载的平稳，生成的摆线铣轨迹能够一次完成开槽和扩槽，且刀具加工过程中浸角度始终较小，能够避免满刃切削，利于刀具散热，减小刀具磨损，实用性好。

【技术实现步骤摘要】
自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法
本专利技术涉及一种整体叶盘通道粗加工方法，特别涉及一种自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法。
技术介绍
随着航空发动机技术的发展，整体叶盘越来越多的应用于航空发动机当中，由于整体叶盘的重要性和工作环境的恶劣，数控铣削加工是目前整体叶盘的制造尤其是压气机整体叶盘制造中的主流技术。由于整体叶盘的制造大量采用钛合金和镍基高温合金等难加工材料，这些材料的切削性能差，造成加工效率低，刀具磨损严重，加工成本高。而在整个整体叶盘的数控铣削加工过程中，整体叶盘通道加工占了全部材料去除量的绝大部分，其中，叶盘通道的开槽粗加工又占了整个叶盘通道材料去除工作量的大部分，因此，整体叶盘通道的高效粗加工对提高整体叶盘数控加工效率，降低生产成本起着关键性的作用。在整体叶盘实际数控加工中，对于加工效率和加工质量的平衡是一个难点。为了降低刀具磨损，提高表面质量，通常给定的切削参数都较小，无法发挥机床的性能，然而较为保守的切削用量造成粗加工效率降低。若给定较大的切深、切削速度等参数，又会造成刀具磨损严重，刀具寿命降低，在加工过程中频繁换刀，提高了刀具成本，降低了加工效率。文献1“申请公布号是CN101708559A的中国专利技术专利”公开了一种闭式整体叶盘五坐标插铣加工方法。该方法解决了闭式整体叶盘加工过程中编程难度大、约束条件多、刀具轨迹求解过程复杂等技术问题，有效实现了闭式整体叶盘的五坐标插铣加工。但是在插铣切削之前需要对工件毛坯进行预钻孔，不能直接下刀，因此插铣方法不适合直接开槽。且插铣法加工过程由于通道尺寸和刀具直径的因素，对刀具进给的步距有较大限制，造成刀具轨迹长度增加，空走刀增多，加工效率低。文献2“申请公布号是CN102806380A的中国专利技术专利”公开了一种开式整体叶盘通道复合粗加工方法，该方法将盘铣开槽，插铣扩槽和侧铣加工结合起来，完成开式整体叶盘通道的粗加工。该方法较为复杂且对设备要求较高，在侧铣加工中刀具径向受到的切削力较大，叶片易变形，在通道深度较大时刀具可达性受限，且容易产生振动和加剧刀具磨损。且传统的插铣和侧铣等加工方法刀具均为满刃切削，对于整体叶盘所采用的难加工材料而言，刀具和工件的热力耦合作用明显，不利于刀具散热，造成刀具磨损严重。
技术实现思路
为了克服现有整体叶盘通道粗加工方法实用性差的不足，本专利技术提供一种自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法。该方法首先对型腔摆线铣开槽加工区域进行划分。再对自由曲线型腔粗加工摆线铣切削段轨迹进行规划。利用自由曲线恒定负载轨迹优化方法对摆线铣切削段轨迹进行优化。最后对非切削段轨迹进行规划，将非切削段轨迹分为直线段回程和圆弧进退刀两部分。进退刀段圆弧曲线应保证与加工区域边界曲线、摆线轨迹切削段曲线以及回程直线段相切。本专利技术将几何和物理因素相结合，通过控制刀具径向切深，使得在摆线加工过程中能够保证刀具负载的平稳，生成的摆线铣轨迹能够一次完成开槽和扩槽，且刀具加工过程中浸角度始终较小，能够避免满刃切削，利于刀具散热，减小刀具磨损，实用性好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、整体叶盘通道摆线铣开槽加工区域划分。提取三个曲面，根据加工参数确定需要偏置的距离，分别提取叶盆、叶背和轮毂曲面进行偏置；叶片曲面裁剪：将叶盆、叶背曲面和前后缘区域分离，去掉前后缘部分；裁剪曲面延伸：将裁剪后的叶片曲面的边缘沿叶片切向延伸，上边界不高于叶片沿叶盘轴向最高点，下边界不高于叶片沿叶盘轴向的最低点。步骤二、整体叶盘通道粗加工摆线铣切削段轨迹规划。利用基于径向切深的自由曲线恒定负载轨迹优化方法，离散切削段初始轨迹曲线，计算每一个离散点处的刀具-工件包角，通过改变每一个离散点处的径向切深，使每个离散点处包角值恒定，将改变径向切深后得到的新的离散点拟合，即得到下一条轨迹曲线。依次类推，得到整个整体叶盘通道开槽区域的摆线铣切削段轨迹。步骤三、整体叶盘通道粗加工摆线铣非切削段轨迹规划。将摆线铣非切削段轨迹分为直线段回程和圆弧进、退刀两部分，进、退刀段圆弧曲线与加工区域边界曲线、摆线轨迹切削段曲线以及回程直线段相切。本专利技术的有益效果是：该方法首先对型腔摆线铣开槽加工区域进行划分。再对自由曲线型腔粗加工摆线铣切削段轨迹进行规划。利用自由曲线恒定负载轨迹优化方法对摆线铣切削段轨迹进行优化。最后对非切削段轨迹进行规划，将非切削段轨迹分为直线段回程和圆弧进退刀两部分。进退刀段圆弧曲线应保证与加工区域边界曲线、摆线轨迹切削段曲线以及回程直线段相切。本专利技术将几何和物理因素相结合，通过控制刀具径向切深，使得在摆线加工过程中能够保证刀具负载的平稳，生成的摆线铣轨迹能够一次完成开槽和扩槽，且刀具加工过程中浸角度始终较小，能够避免满刃切削，利于刀具散热，减小刀具磨损，实用性好。具体的，(1)将摆线铣轨迹切削段看成是刀具沿自由曲线轮廓的走刀，使摆线轨迹能够适用于整体叶盘通道开槽这种大范围加工。(2)摆线铣加工使刀具避免满刃切削，刀具负载较小，冷却充分，降低刀具磨损，延长刀具寿命。(3)利用基于径向切深的自由曲线恒定负载轨迹优化方法优化摆线铣切削段轨迹，使摆线铣加工过程中刀具负载平稳。(4)以直线段回程和圆弧进、退刀段作为摆线铣轨迹的非切削段，大大缩短了摆线铣轨迹的空行程，同时保证轨迹的连续性，提高加工效率。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术方法实施例中整体叶盘加工区域规划流程图；图2是本专利技术方法实施例中基于径向切深的自由曲线恒定负载轨迹优化流程图；图3是本专利技术方法实施例中整体叶盘摆线铣切削段轨迹生成方法示意图；图4是本专利技术方法实施例中整体叶盘摆线铣非切削段轨迹优化生成方法示意图；图5是本专利技术方法实施例中完整摆线铣轨迹示意图。具体实施方式参照图1-5。本专利技术自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法具体步骤如下：步骤一、整体叶盘通道摆线铣加工区域规划。整体叶盘曲面主要分为两部分：叶片曲面和轮毂曲面，其中叶片曲面又分为叶盆曲面和叶背曲面。叶盘通道两侧分别为叶片的叶盆、叶背曲面，底部为轮毂曲面。对于同一叶片，叶盆、叶背曲面连接部位称为叶片的前、后缘，也称为进、排气边。针对整体叶盘通道粗加工区域规划，主要分为以下三点：(1)提取叶盆、叶背和轮毂面三个曲面，根据经验和加工参数确定需要偏置的距离，分别提取叶盆、叶背和轮毂曲面进行偏置。(2)将叶片曲面进行裁剪，将叶盆、叶背曲面和前后缘区域分离，因整体叶盘通道加工不涉及前后缘，且缘头附近曲率较大，因此必须对叶片曲面的偏置面进行裁剪，去掉前后缘部分。(3)裁剪曲面延伸，将裁剪后的叶片曲面的边缘沿叶片切向延伸，上边界不高于叶片沿叶盘轴向最高点，下边界不高于叶片沿叶盘轴向的最低点。由于整体叶盘的制造大量采用难加工材料，此类材料毛坯在铣削加工过程中刀具刚性会不足，摆线铣加工虽然可以采用较大的轴向切削深度，避免传统加工方法中对同样的轴向切深进行分层加工的情况。但对于整体叶盘而言，其通道深度远远大于普通型腔的深度，因此，为减少刀具径向受力，降低刀具的负载，提高加工稳定性和加工质量，还是需要根据实际情况选择是否进行分层加工。由于轮毂面等距分层产生的加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、整体叶盘通道摆线铣开槽加工区域划分；提取三个曲面，根据加工参数确定需要偏置的距离，分别提取叶盆、叶背和轮毂曲面进行偏置；叶片曲面裁剪：将叶盆、叶背曲面和前后缘区域分离，去掉前后缘部分；裁剪曲面延伸：将裁剪后的叶片曲面的边缘沿叶片切向延伸，上边界不高于叶片沿叶盘轴向最高点，下边界不高于叶片沿叶盘轴向的最低点；步骤二、整体叶盘通道粗加工摆线铣切削段轨迹规划；利用基于径向切深的自由曲线恒定负载轨迹优化方法，离散切削段初始轨迹曲线，计算每一个离散点处的刀具‑工件包角，通过改变每一个离散点处的径向切深，使每个离散点处包角值恒定，将改变径向切深后得到的新的离散点拟合，即得到下一条轨迹曲线；依次类推，得到整个整体叶盘通道开槽区域的摆线铣切削段轨迹；步骤三、整体叶盘通道粗加工摆线铣非切削段轨迹规划；将摆线铣非切削段轨迹分为直线段回程和圆弧进、退刀两部分，进、退刀段圆弧曲线与加工区域边界曲线、摆线轨迹切削段曲线以及回程直线段相切。

【技术特征摘要】
1.一种自由曲线边界型腔粗加工摆线铣轨迹规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、整体叶盘通道摆线铣开槽加工区域划分；提取三个曲面，根据加工参数确定需要偏置的距离，分别提取叶盆、叶背和轮毂曲面进行偏置；叶片曲面裁剪：将叶盆、叶背曲面和前后缘区域分离，去掉前后缘部分；裁剪曲面延伸：将裁剪后的叶片曲面的边缘沿叶片切向延伸，上边界不高于叶片沿叶盘轴向最高点，下边界不高于叶片沿叶盘轴向的最低点；步骤二、整体叶盘通道粗加工摆线铣切削段轨迹规划；利用基于径向切...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宝海，高健，罗明，张莹，张定华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61