闭式叶轮数控粗加工的刀具轨迹规划研究

【摘要】： 本文以闭式叶轮的几何造型与数控加工为背景,深入研究了基于非均匀B样条方法的闭式叶轮造型技术,以及闭式叶轮5坐标数控粗加工中所涉及的刀具轨迹规划、干涉分析、刀具选择、后置处理等关键技术,并以实际闭式叶轮粗加工为例验证了本文提出的理论方法。 1.采用非均匀B样条方法建立了闭式叶轮的几何模型,给出了叶片曲面造型方法以及叶片缝合算法。还给出了轮毂和轮盖的造型方法,以及对于单个流道底而的数据计算方法。在MATLAB7.0的环境下生成闭式叶轮的三维造型。 2.给出了将一种高效的切削刀具一插铣刀用于闭式叶轮流道的粗加工的方法。根据闭式叶轮的粗加工特点,插铣刀比球形刀等刀具加工效率高,主要受轴向力,振动小,悬伸长度大,适合与高温合金材料的加工,是一种比较理想的闭式叶轮粗加工刀具。 3.提出了闭式叶轮流道分区域加工的粗加工方案。给出了划分区域的方法,以及闭式叶轮的可加工性判断方法。针对粗加工时的钻孔工序,给出了利用最小二乘法寻找最优初始孔位置和利用偏置面与直线求交计算孔径的方法。 4.提出了基于插铣加工的闭式叶轮流道料加工刀具轨迹规划方法。利用非均匀B样条曲面的方法,构建从初始孔到流道边界面逐渐过渡的曲面,使刀具沿过渡曲面逐层加工。采用这种方法进行闭式叶轮流道的开粗加工,避免了走刀的冗余,提高了加工效率。 5.针对本文提出的刀具轨迹规划方法,给出了适用于该方法一种刀轴矢量计算方法。首先根据初始孔与曲面的关系,初步计算出刀轴矢量,即刀具接触点指向初始孔轴线上一点的向量作为刀轴矢量方向。然后通过直线与曲面求交判断刀具与叶片、轮盖或轮毂是否干涉。通过调整初始孔轴线上点的位置,干涉刀位可以一次或经过有限的次数得到修正。 6.针对双转台式五坐标加工中心,给出了其后置处理算法。利用VERICUT构建机床模型,进行了闭式叶轮流道粗加工仿真实验,验证了本文所提出的刀具轨迹规划方法的正确性。