一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法与流程

1.本发明涉及侧铣加工技术领域，具体为一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法。


背景技术：

2.侧铣加工非常适合整体式叶轮叶片曲面的半精加工和精加工，现有的侧铣刀具路径规划方法针对的对象往往集中于直纹面叶片，对于可展直纹面，采用侧铣方式可以实现精确加工；对于非可展直纹面，尽管采用侧铣加工存在着原理性误差，但也可以通过刀位优化方法得到侧铣刀具路径，从而满足加工精度要求。
3.但是在实际应用中，很多整体式叶轮的叶片曲面并不是直纹面，通常为类直纹面，而当前的刀位优化方法得到侧铣刀具路径，侧铣刀具路径规划方法并不适用，就会导致刀具路径产生偏差，这使侧铣加工的适用范围受到了极大地限制。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方法，包括以下步骤：a.类直纹面叶轮的类直纹面模型数据以及刀轴矢量的相关参数，计算类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，得到的刀具路径计算结果分两种：一种是误差较大，另一种误差较小；a1.针对误差较大的，根据类直纹面叶轮整体的曲面参数，利用最小二乘原则获取近似的直纹面，并以两条边界三次b样条曲线，以最小二乘意义下逼近类直纹面离散点的云数据，再计算该逼近类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，即可进一步减小误差；b.将步骤a中所得到的小误差的刀具路径计算结果，做进一步的刀具路径整体优化；c.将步骤b中优化后的数据与给定的精度要求数据进行比较，得到两种误差结果：一种是优化后的最大几何偏差小于预定的加工精度，则该类直纹面可通过侧铣达到加工精度要求，生成最优刀具路径，即可对类直纹面叶轮进行侧铣加工；另一种是优化后的最大几何偏差大于预定的加工精度，就会导致该类直纹面叶轮无法进行侧铣；d.将步骤c中无法进行侧铣的类直纹面叶轮重新进行刀具路径计算，首先需要重新计算的刀轴矢量的相关参数，再输入类直纹面模型数据以及新的刀轴矢量的相关参数，得出类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，再次进行刀具路径整体优化，优化后的最大几何偏差小于预定的加工精度，达到加工精度要求，最终生成最优刀具路径，对类
直纹面叶轮进行侧铣加工。
6.优选的，所述步骤d中的刀轴矢量计算思路是，根据类直纹面叶轮上的直母线两端点的法矢量，在其法矢量方向上偏置一定距离得到两个偏置点，以这两个偏置点的连线作为刀轴方向，使得直母线两端点的加工误差为0。
7.优选的，所述步骤d中的刀轴矢量计算步骤是：在类直纹面叶轮的叶顶线上设点p1，类直纹面叶轮的叶根线上设点p2，点p1单位法矢量为n1，点p2单位法矢量为n2,其中两法矢量n1、n2的夹角为γ，在n1所在直线上设点c1，在n2所在直线上一设点c2，令p1p2＝l,p1c1＝p2c2＝d,d为未知量，连接c1c2两端点，则c1c2为刀具加工直母线p1p2时的刀轴方向，通过计算出d值，来确定刀轴方向，列出公式令∠c2c1p1＝∠c1c2p2＝α；并由几何知识可推导出式(3)中，α和d均为未知数，将式(3)中第2式代入第1式中，可得：l2cos4α-(l2+4r2sin2(γ/2))cos2α+4r2sin4(γ/2)＝0以cos2α为未知量，解上述方程可得：α为未知量，解上述方程可得：α值求出后，d值可由式(3)中第2式求得，得α和d值的解后，点c1、c2的位置就确定了，进而可利用几何知识确定点o1、o2的位置，点o1、o2的位置确定后，刀轴矢量就可确定。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用最小二乘原则获取近似的直纹面，来消除刀具路径计算的较大误差，从而确保刀具路径计算的误差保持在较小范围，以便于后续的刀具路径整体优化；本发明中整体优化后的刀具路径如果大于给定的精度，可根据类直纹面叶轮上的直母线两端点的法矢量，在其法矢量方向上偏置一定距离得到两个偏置点，以这两个偏置点的连线作为刀轴方向，使得直母线两端点的加工误差为0；从而大大减小了刀具路径产生的偏差，提高了侧铣加工的适用范围。
具体实施方式
9.下面对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
10.本发明提供一种技术方案：一种自由曲面拟合类直纹面叶轮的高效侧铣加工方
法，包括以下步骤：a.类直纹面叶轮的类直纹面模型数据以及刀轴矢量的相关参数，计算类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，得到的刀具路径计算结果分两种：一种是误差较大，另一种误差较小；a1.针对误差较大的，根据类直纹面叶轮整体的曲面参数，利用最小二乘原则获取近似的直纹面，并以两条边界三次b样条曲线，以最小二乘意义下逼近类直纹面离散点的云数据，再计算该逼近类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，即可进一步减小误差；b.将步骤a中所得到的小误差的刀具路径计算结果，做进一步的刀具路径整体优化；c.将步骤b中优化后的数据与给定的精度要求数据进行比较，得到两种误差结果：一种是优化后的最大几何偏差小于预定的加工精度，则该类直纹面可通过侧铣达到加工精度要求，生成最优刀具路径，即可对类直纹面叶轮进行侧铣加工；另一种是优化后的最大几何偏差大于预定的加工精度，就会导致该类直纹面叶轮无法进行侧铣；d.将步骤c中无法进行侧铣的类直纹面叶轮重新进行刀具路径计算，首先需要重新计算的刀轴矢量的相关参数；其中，刀轴矢量计算思路是，根据类直纹面叶轮上的直母线两端点的法矢量，在其法矢量方向上偏置一定距离得到两个偏置点，以这两个偏置点的连线作为刀轴方向，使得直母线两端点的加工误差为0。
11.其中，刀轴矢量计算步骤是：在类直纹面叶轮的叶顶线上设点p1，类直纹面叶轮的叶根线上设点p2，点p1单位法矢量为n1，点p2单位法矢量为n2,其中两法矢量n1、n2的夹角为γ，在n1所在直线上设点c1，在n2所在直线上一设点c2，令p1p2＝l,p1c1＝p2c2＝d,d为未知量，连接c1c2两端点，则c1c2为刀具加工直母线p1p2时的刀轴方向，通过计算出d值，来确定刀轴方向，列出公式令∠c2c1p1＝∠c1c2p2＝α；并由几何知识可推导出式(3)中，α和d均为未知数，将式(3)中第2式代入第1式中，可得:l2cos4a-(12+4r2sin2(y/2))coszα+4r2sin4(y/2)＝0以cos2α为未知量，解上述方程可得：α为未知量，解上述方程可得：
α值求出后，d值可由式(3)中第2式求得，得α和d值的解后，点c1、c2的位置就确定了，进而可利用几何知识确定点o1、o2的位置，点o1、o2的位置确定后，刀轴矢量就可确定了；再输入类直纹面模型数据以及新的刀轴矢量的相关参数，得出类直纹面离散点的云数据到包络曲面的法向误差，再次进行刀具路径整体优化，优化后的最大几何偏差小于预定的加工精度，达到加工精度要求，最终生成最优刀具路径，对类直纹面叶轮进行侧铣加工。
12.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。