专利名称：薄壁叶片缘头曲面的径向铣削方法
技术领域：
本发明涉及一种薄壁叶片螺旋加工中缘头区域的径向铣削方法。
技术背景薄壁叶片广泛应用于航空、船舶等领域，具有型面结构复杂、薄壁以及难加工材料的工 艺特点，容易引起加工变形的产生。螺旋加工方法属于对称加工，加工过程应力释放均匀、 加工变形小，是一种理想的叶片多轴加工方法。但现有螺旋加工方法在叶片缘头区域容易造 成过切，从而导致加工效率低、加工质量差。文献"叶片类零件四坐标高效螺旋数控编程方法研究，机械科学与技术，白瑀，张定华 等，2003 22 (2): 177-182"公开了一种适合于普通四轴联动的四坐标、五坐标机床的叶片 螺旋加工方法，该方法将叶片缘头曲面和叶身曲面作为一个整体在螺旋走刀中进行铣削加工， 可以减少薄壁叶片加工过程中的变形。但该方法在规划叶片螺旋加工轨迹时，叶片缘头曲面 处刀位点密集。同时，在约0.6mm的线位移内，刀具的转动角度改变近180。，刀轴矢量变化 剧烈，机床移动坐标运动与转动坐标运动不匹配，导致数控系统在缘头曲面处产生过大加减 速，造成刀具滞留时间过长，产生过切，造成加工精度低。用三坐标测量机对采用上述方法 加工的缘头曲面进行测量，加工误差为O. 40 0.60mm。 发明内容为了克服现有技术加工精度低的不足，本发明提供一种薄壁叶片螺旋加工中的缘头曲面 铣削方法，该方法在薄壁叶片螺旋铣削过程中，只有叶盆曲面和叶背曲面参与切削，缘头曲 面从螺旋加工过程剥离并采用沿叶片转子半径方向的铣削方法对其实施单独处理，^^而可以 实现薄壁叶片的高效精密数控加工。本发明解决其技术问题所采用的技术方案 一种薄壁叶片缘头曲面的径向铣削方法，其特点是包括以下步骤-(a) 对薄壁叶片三维模型加工坐标系进行调整，使其与实际加工中薄壁叶片在^L床上的 坐标系一致；(b) 从薄壁叶片三维模型分离出叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面；(c) 将前缘曲面和后缘曲面分别偏置刀具半径的距离得到前缘曲面偏置面和后缘曲面偏 置面，前缘曲面做为被加工曲面、前缘曲面偏置面为驱动曲面，生成前缘曲面的刀轨；后缘 曲面做为被加工曲面、后缘曲面偏置面为驱动曲面，生成后缘曲面的刀轨；刀轨方向为沿叶 高方向，走刀方向从叶尖到叶根；(d) 分别在叶盆曲面和叶背曲面上沿叶片截面方向规划n条刀轨；
(e) 根据前缘曲面的形状，在叶盆曲面第i条刀轨和叶背曲面第i条刀轨处生成m个控 制点；根据m个控制点构造三次非均匀B样条曲线的控制多边形，由控制多边形生成前缘曲 面处三次非均匀B样条曲线；根据后缘曲面的形状，在叶背曲面第i条刀轨和叶盆曲面第i+l 条刀轨处生成m个控制点；根据m个控制点构造三次非均匀B样条曲线的控制多边形，由 控制多边形生成后缘曲面处三次非均匀B样条曲线；采用非均匀B样条曲线将叶盆曲面和叶 背曲面的刀轨进行连接，得到完整的绕薄壁叶片进行螺旋的刀轨。
本发明的有益效果是本发明采用带缘头避让的螺旋铣削方法对薄壁叶片进行加工，只
有叶盆曲面和叶背曲面参与切削，前缘曲面和后缘曲面单独处理，避免了现有技术前后缘处
刀位点密集、刀轴矢量变化剧烈而导致的过切，加工精度由现有技术的0.4 0.60mm提高到 0.05 0.10mm,而且不需要在前后缘曲面处预留余量，直接将缘头曲面加工到位，提高了加 工效率。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图1是本发明薄壁叶片缘头曲面径向铣削方法所加工的某薄壁叶片示意图。 图2是本发明方法生成的薄壁叶片前缘曲面的加工轨迹。 图3是本发明方法构造的三次非均匀B样条曲线。 图中，l-叶盆曲面，2-叶背曲面，3-前缘曲面，4-后缘曲面。
具体实施例方式
参照图1 3,本发明方法所针对的薄壁叶片划分为叶盆曲面l、叶背曲面2、前缘曲面3 和后缘曲面4。该叶片的大小为60X150X300mm，叶片叶尖处最厚为3. 2咖，叶根处最厚为 8.9mm，缘头半径为0. 2 0. 6腿，从叶尖到叶根的叶片截面扭转约60° 。采用的刀具为直径 ^10mm的球头刀，在五坐标加工中心上进行叶片的加工。
对待加工的薄壁叶片进行三维建模，并对薄壁叶片三维模型加工坐标系进行调整，薄壁 叶片的x轴朝向叶高方向，zri朝向叶背方向，使其与实际加工中薄壁叶片在机床上的坐标 系一致。
从薄壁叶片三维模型分离出叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面。 采用刀具半径为5mm的球头刀，将前缘曲面偏置5mm得到前缘曲面偏置面，选择前缘曲 面为被加工曲面、前缘曲面偏置面为驱动面，轨迹条数选为9条，走刀步长容差为0. Olmra， 刀轴方向选为与驱动面相关，刀具沿走刀方向向前倾斜6。，侧偏为O。，生成如图2所示的 前缘曲面刀轨。将后缘曲面偏置5mm得到后缘曲面偏置面，选择后缘曲面为被加工曲面、后缘曲面偏置面为驱动面，轨迹条数选为9条，走刀步长容差为0.01mm，刀轴方向选为与驱动 面相关，刀具沿走刀方向的前倾角6。，侧偏角为(T ，生成后缘曲面的刀轨。刀轨方向为沿 叶高方向，走刀方向从叶尖到叶根。
采用直径为25mm、底面圆角半径为lmm的环形刀，分别选择叶盆曲面和叶背曲面为驱 动面，走刀方向为沿叶片截面方向，走刀步长误差为0.01mm。刀轴方向选为与驱动相关，刀 具旋转轴为X轴，刀具沿走刀方向的前倾角10°。根据上述参数分别在叶盆曲面和叶背曲面 上沿叶片截面方向各规划100条刀轨。
采用非均匀B样条曲线将叶盆曲面和叶背曲面的刀轨进行连接。在叶片前缘曲面处，从 叶盆曲面第一条刀轨开始，在叶盆曲面第i条刀轨和第i条刀轨处构造ll个控制点，根据ll 个控制点构造三次非均匀B样条曲线的控制多边形，并由该控制多边形生成前缘曲面处的三 次非均匀B样条曲线。图3中显示了构造的11个控制点、控制多边形以及生成的三次非均 匀B样条曲线。在叶片后缘曲面处，从叶背曲面的第一条刀轨开始，在叶背曲面第i条刀轨 和叶盆曲面第i+l条刀轨处生成11个控制点，并由控制点生成控制多边形与三次非均匀B样 条曲线。重复上述操作，直到连接完所有的叶盆曲面的和叶背曲面的刀轨。
用与背景技术相同的三坐标测量机上对采用本发明方法加工的薄壁叶片进行测量，缘头 区域加工精度为0.05 0.10mm。提高了加工精度，提高了加工效率。
权利要求
1、一种薄壁叶片缘头曲面的径向铣削方法，其特征在于包括以下步骤(a)对待加工的薄壁叶片进行三维建模，并对薄壁叶片三维模型加工坐标系进行调整，使其与实际加工中薄壁叶片在机床上的坐标系一致；(b)从薄壁叶片三维模型分离出叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面；(c)将前缘曲面和后缘曲面分别偏置刀具半径的距离得到前缘曲面偏置面和后缘曲面偏置面，前缘曲面做为被加工曲面、前缘曲面偏置面为驱动曲面，生成前缘曲面的刀轨；后缘曲面做为被加工曲面、后缘曲面偏置面为驱动曲面，生成后缘曲面的刀轨；刀轨方向为沿叶高方向，走刀方向从叶尖到叶根；(d)分别在叶盆曲面和叶背曲面上沿叶片截面方向规划n条刀轨；(e)根据前缘曲面的形状，在叶盆曲面第i条刀轨和叶背曲面第i条刀轨处生成m个控制点；根据m个控制点构造三次非均匀B样条曲线的控制多边形，由控制多边形生成前缘曲面处三次非均匀B样条曲线；根据后缘曲面的形状，在叶背曲面第i条刀轨和叶盆曲面第i+1条刀轨处生成m个控制点；根据m个控制点构造三次非均匀B样条曲线的控制多边形，由控制多边形生成后缘曲面处三次非均匀B样条曲线；采用非均匀B样条曲线将叶盆曲面和叶背曲面的刀轨进行连接，得到完整的绕薄壁叶片进行螺旋的刀轨。
2、 根据权利要求l所述的薄壁叶片缘头曲面的径向铣削方法，其特征在于所述的刀轨条数，叶盆曲面与叶背曲面的数目相同。
全文摘要
本发明公开了一种薄壁叶片缘头曲面的径向铣削方法，首先对待加工的薄壁叶片进行三维建模，并对薄壁叶片三维模型加工坐标系进行调整，分别提取出叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面和后缘曲面，并划分叶身曲面上有效的加工区域，分别对叶盆曲面和叶背曲面进行切触点轨迹设计，得到覆盖整个加工区域的切触点轨迹线，在叶片的前后缘处构造连接叶盆刀位点轨迹线和叶背刀位点轨迹线的非均匀B样条曲线，计算出相应的刀轴矢量与刀位点。由于在加工过程中只有叶盆和叶背曲面参与切削，前后缘曲面单独处理，避免了由于前后缘处刀位点密集、刀轴矢量变化剧烈而导致的过切，加工精度由现有技术的0.24～0.60mm提高到0.05～0.10mm，同时提高了加工效率。
文档编号B23C3/00GK101323030SQ200810150378
公开日2008年12月17日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者吴宝海, 张定华, 山 李, 海 杨, 王明微, 明 罗, 马建宁 申请人:西北工业大学