离心叶轮切削加工方法及装置和离心叶轮加工设备制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种离心叶轮切削加工方法及装置和离心叶轮切削加工设备。所述离心叶轮切削加工方法例如包括：建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。本发明专利技术实施例提供的离心叶轮切削加工方法可控制、降低离心叶轮的加工误差从而提升离心叶轮的加工精度。

Centrifugal impeller cutting method and device and centrifugal impeller processing equipment

The embodiment of the present invention discloses a centrifugal impeller cutting method and a centrifugal impeller cutting device. The cutting method of the centrifugal impeller includes, for example, establishing a three-dimensional model of the centrifugal impeller, simulating and analyzing the three-dimensional model and constructing a blade compensation surface after simulating the deformation according to the analysis results; planning the tool path according to the blade compensation surface; establishing the tool envelope surface based on the tool path and envelope principle; analyzing the tool envelope surface and the tool envelope surface. The error distribution of the blade compensation surface, the optimized tool path is obtained according to the error distribution and the tool location optimization algorithm, and a numerical control program is generated to process the centrifugal impeller according to the optimized tool path. The cutting method of the centrifugal impeller provided by the embodiment of the present invention can control and reduce the machining error of the centrifugal impeller so as to improve the processing accuracy of the centrifugal impeller.

【技术实现步骤摘要】
离心叶轮切削加工方法及装置和离心叶轮加工设备
本专利技术涉及机械切削加工技术，尤其涉及一种离心叶轮切削加工方法及装置和一种离心叶轮切削加工设备。
技术介绍
离心叶轮是航空发动机中高速转动的关键部件，其加工质量例如加工精度直接影响到航空发动机的工作性能。由于离心叶轮复杂的几何结构特征以及其叶片的低刚度特性，因此，离心叶轮需要用到五轴数控机床来加工以达到零件表面质量要求。五轴数控加工是一种先进的加工技术，广泛应用于复杂曲面类零件的加工。五轴数控机床通过控制刀具进行空间复杂轨迹的运动以切除零件多余材料。在实际的五轴联动数控机床加工中存在着许多加工误差，例如切削力会引起叶片变形误差从而导致零件加工残余量不均匀，刀具运动方式、五轴联动数控机床的结构和插补方法会影响刀具加工误差。因此如何控制并降低离心叶轮的加工误差是国内外学者值得深入研究的一个课题。
技术实现思路
因此，本专利技术的实施例提供一种离心叶轮切削加工方法及装置和一种离心叶轮切削加工设备，以控制、降低离心叶轮的加工误差从而提升离心叶轮的加工精度。一方面，本专利技术实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法，包括步骤：建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。另一方面，本专利技术实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法，包括：构建模拟加工变形后的叶片补偿面；基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹；以及根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。在本专利技术的一个实施例中，所述构建模拟加工变形后的叶片补偿面的步骤具体包括：建立所述离心叶轮的三维模型；对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形值；以及根据所述叶片变形值拟合得到所述叶片补偿面。在本专利技术的一个实施例中，所述基于所述叶片补偿面建立刀具包络面的步骤具体包括：根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；以及基于包络原理和所述刀具轨迹建立刀具包络面。在本专利技术的一个实施例中，在在根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮之前，所述离心叶轮切削加工方法还包括：根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面；以及对比分析所述优化后刀具包络面与所述叶片补偿面的优化后误差和所述刀具包络面与所述叶片补偿面的所述误差。又一方面，本专利技术实施例提供的一种离心叶轮切削加工装置，其特征在于，包括：叶片补偿面构建模块，用于构建模拟加工变形后的叶片补偿面；刀具包络面建立模块，用于基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；误差分布分析模块，用于分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；刀具轨迹优化模块，用于根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；以及数控程序生成模块，用于根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。在本专利技术的一个实施例中，所述离心叶轮切削加工装置还包括：刀具包络面优化模块，用于根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面。在本专利技术的一个实施例中，所述叶片补偿面构建模块构建模拟加工变形后的叶片补偿面具体包括：建立所述离心叶轮的三维模型；对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形误差值；以及根据所述叶片变形误差值拟合得到所述叶片补偿面。在本专利技术的一个实施例中，所述刀具包络面建立模块基于所述叶片补偿面建立刀具包络面的步骤具体包括：根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；以及基于包络原理和所述刀具轨迹建立刀具包络面。又一方面，本专利技术实施例提供的一种离心叶轮切削加工设备，包括设备本体和控制器，所述控制器安装于所述设备本体上，所述控制器用于：构建模拟加工变形后的叶片补偿面、基于所述叶片补偿面建立刀具包络面、分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布、根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹、以及根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以控制所述设备本体加工离心叶轮。上述的一个或多个技术方案可以具有如下优点：本专利技术实施例提供的离心叶轮切削加工方法通过构建弹性变形后的叶片补偿面并基于所述叶片补偿面建立刀具包络面，再通过分析刀具包络面与叶片补偿面的误差分布并基于误差分布和刀具轨迹优化算法进行刀具轨迹优化，以生成数控程序加工离心叶轮，控制、降低了加工后的离心叶轮的加工误差，从而提高离心叶轮的加工精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术第一实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法的流程示意图；图2a为本专利技术第二实施例提供的锥刀包络面的结构示意图；图2b为图2a中的锥刀包络面的局部截面示意图；图3为本专利技术第二实施例提供的离心叶轮的三维模型示意图；图4a为图3所示的离心叶轮的叶片上第一层第1个刀位点的变形示意图；图4b为图3所示的离心叶轮的叶片上第一层第21个刀位点的变形示意图；图5a为图3所示的离心叶轮的叶片变形二维示意图；图5b为图3所示的离心叶轮的叶片变形三维示意图；图6为图3所示的离心叶轮的叶片上刀位点拟合成空间直线的示意图；图7为图6所示的空间直线拟合成叶片补偿面的示意图；图8为图3所示的离心叶轮的刀具包络面与叶片补偿面的干涉示意图；图9为图3所示的离心叶轮的刀具包络面与叶片补偿面的误差分布示意图；图10为图3所示的离心叶轮的优化后刀具包络面与叶片补偿面的干涉示意图；图11为图3所示的离心叶轮的优化后刀具包络面与叶片补偿面的误差分布示意图；图12为基于叶片补偿面优化后的离心叶轮和未基于叶片补偿面优化后的离心叶轮加工后的叶片误差曲线示意图；图13为本专利技术第二实施例提供的另一种离心叶轮切削加工方法的流程示意图；图14为本专利技术第三实施例提供的一种离心叶轮切削加工装置的结构示意图；图15为本专利技术第四实施例提供的一种离心叶轮切削加工设备的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。第一实施例参见图1，其为本专利技术第一实施例提供的一种离心叶轮切削加工方法的流程示意图。本专利技术实施例提供的离心叶轮切削加工方法适用于多轴机床例如五轴联动数控加工机床离心叶轮例如整体式离心叶轮。如图1所示，本专利技术实施例提供的离心叶轮切削加工方法包括步骤：S11：构建模拟加工变形后的叶片补偿面；S13：基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；S15：分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；S17：根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹；以及S19：根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。为便于理解本专利技术，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离心叶轮切削加工方法，其特征在于，包括步骤：建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。

【技术特征摘要】
1.一种离心叶轮切削加工方法，其特征在于，包括步骤：建立离心叶轮的三维模型、并对所述三维模型进行模拟加工分析以及根据分析结果构建模拟加工变形后的叶片补偿面；根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；基于所述刀具轨迹和包络原理建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布和刀位优化算法得到优化后刀具轨迹；根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。2.一种离心叶轮切削加工方法，其特征在于，包括：构建模拟加工变形后的叶片补偿面；基于所述叶片补偿面建立刀具包络面；分析所述刀具包络面与所述叶片补偿面的误差分布；根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹；以及根据所述优化后刀具轨迹生成数控程序以加工离心叶轮。3.如权利要求2所述的离心叶轮切削加工方法，其特征在于，所述构建模拟加工变形后的叶片补偿面的步骤具体包括：建立所述离心叶轮的三维模型；对所述三维模型进行模拟加工分析得到模拟加工变形后所述离心叶轮的叶片变形值；以及根据所述叶片变形值拟合得到所述叶片补偿面。4.如权利要求2所述的离心叶轮切削加工方法，其特征在于，所述基于所述叶片补偿面建立刀具包络面的步骤具体包括：根据所述叶片补偿面规划刀具轨迹；以及基于包络原理和所述刀具轨迹建立刀具包络面。5.如权利要求2所述的离心叶轮切削加工方法，其特征在于，在所述根据所述误差分布优化刀具轨迹得到优化后刀具轨迹之后，还包括：根据所述优化后刀具轨迹建立优化后刀具包络面。6.一种离心叶轮切削加工装置，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡自化，张旭东，秦长江，陈小告，陈平浪，毛美姣，宋铁军，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43