一种改变整体叶盘加工余量的加工方法与流程
本申请涉及叶盘加工领域，具体涉及一种改变整体叶盘加工余量的加工方法。
背景技术：
整体叶盘类零件素有“航空发动机皇冠上的明珠”之称，除了在航空发动机中起着不可替代的作用外，整体叶盘的加工难度高、合格率低也是重要原因。整体叶盘在机构上由幅板、轮毂和叶片三部分组成，其中叶片悬神长度20～300mm不等，前后缘半径最小只有r0.02～r0.04，叶型公差±0.05mm，前后缘公差只有±0.04mm。传统的加工方法存在因刀具磨损、机床精度等原因导致的叶型和前后部分超差的情况，虽然可以通过修改整体的加工余量来改善叶型的加工结果，但依旧不能保证全部检测截面均满足设计要求。
针对整体叶盘叶片部分的加工，目前采用的发方法是修改叶片的整体加工余量来改善加工结果，但存不能满足修改叶型某一个截面或某一个点位的余量的目标，并且不能针对要求更加严格的前后缘专门作出余量的调整。
在目前整体叶盘加工的方法中余量设置只能保证叶型叶盆叶背部位余量，不能单独修改和调整前后缘的余量，导致在试制阶段需要反复多次的进行叶型试切、测量，增加科研试制成本。在正式件的加工中也会因为前后缘的不合格而导致零件的合格率低甚至报废，导致整机加工周期和加工成本的增加。
技术实现要素：
本申请要解决的技术问题是提供一种改变整体叶盘加工余量的加工方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种改变整体叶盘加工余量的加工方法，所述的加工方法包括以下步骤，
(1)检测整体叶盘叶型，找出超出预设的公差范围的位置及所述位置相对应的余量值；
(2)使用变余量方法，对整体叶盘叶型进行调整；
(3)对整体叶盘叶型进行二次加工；
(4)再次检测整体叶盘叶型，若达到预设的公差范围内，则完成加工，若超出预设的公差范围，则重复步骤(1)～(3)。
优选地，所述的步骤(2)中变余量方法具体为，(2.1)以若干个位于叶盘上不同位置的点及各点的余量值为基础，得到初始余量控制点，构建初始余量控制点网格；(2.2)通过对初始余量控制点进行预处理，采用光顺过渡的方法，获得叶盘上任意非余量控制点处的余量。
优选地，所述的步骤(2.1)具体为，
(2.1.1)定义位于叶盘曲面上的任意一点的位置与该点的余量值的组合为余量控制点，通过在叶盘上设置有限个余量控制点，并在这些控制点之间光滑变化余量来实现对叶盘上任意点非恒定余量补偿；
(2.1.2)定义叶盘的两个参数方向分别为u、v，参数定义域为u∈[0，1]，v∈[0,1]，定义一个余量控制点表示为q(u，v，c)，其中u、v表示控制点的位置，c表示控制点的余量；
(2.1.3)在参数空间内，求解所有余量控制点的凸包得到凸多边形，定义该凸多边形为l(p0，p1，…,pn-1)，其中(p0,p1,…,pn-1)表示凸多边形的n个顶点，在凸多边形内部以所有余量控制点为顶点划分三角形，定义该三角网格区域为a，区域a是矩形参数域的一个子区域。
优选地，所述的步骤(2.2)具体为，
(2.2.1)对步骤(1)中所得的每个三角片，定义三角形内部任意一点的余量值函数为s＝f(u,v)，s表示一个自由曲面，该曲面的参数域是三角形所在的参数范围，定义该曲面为变余量曲面；
(2.2.2)采用以下步骤求解三角形内部每个点的余量值，设任意一点p(u,v)，在参数域内判断点p的位置：
a.当点恰好位于某个三角形的顶点时，则p点的余量值与该顶点的余量值相同；
b.当点p恰好位于三角形的某条边上时，设边的两个顶点为t1,t2，对应的余量值分别为c1,c2，定义点p在该边上的位置参数为
c.当p点位于三角形t(t1，t2，t3)内部时，其中t1，t2，t3分别为三角形的三个顶点，设三个点对应的余量值分别是(c1，c2，c3)，做垂直于坐标轴u的直线使通点(u，0)，假定直线与三角形的边t1t3相交与e点、与边t1t2相交与d点，在边t1t3上，计算e点所在的位置参数为
d.当p点位于凸多边形区域之外时，通过计算点与到凸多边形每条边的距离，找到距离p最小的一条边，设最近边为t1t2，两个顶点对应的余量值为c1c2，计算点p在t1t2上最近点p’，当p’与t1重合时，p’的余量为c1；当p’与t2重合时，p’的余量为c2；当p’位于线段两个端点之间时，计算p的位置参数
优选地，当叶盘的v向是周期时，所述的变余量方法还包括，步骤(2.3)，当叶盘的v向是周期时，在初始有限个余量控制点的基础上，自动生成位于v＝1直线上的若干个额外控制点，原参数空间上方原样复制一个参数域及其中的所有控制点。
优选地，额外控制点的生成步骤包括：
a.找到凸多边形顶点在u方向上的u最大值点p1与u最小值点p2，两点满足以下关系：
b.从两个最值点p1，p2处将凸多边形分割为上下两部分，分别记为lup，ldown；
c.将ldown沿v轴的正方向平移距离1，得到l′down；
d.由lup与l′down将得到一个新的非凸多边形区域；
e.添加额外的控制点,算法步骤如下：
e.1.将上下点序分别记为u(u1，u2，…，un)，d(d1，d2，…，dm)，其中n，m分别上下点序的点数；
e.2.分别对上下点序u，d按分量u参数由小到大排序，使得满足ui.u<ui+1.u，dj.u<dj+1.u，其中i，j为索引；
e.3.初始化i＝1，j＝1；
e.4.ifi>nandj>m，then跳转e.13，else跳转e.5；
e.5.ifui.u<di.u，then跳转e.6；else跳转e.8；
e.6.调用linkandinsert子过程，连接uidj-1，并插入新点；
e.7.i＝i+1，跳转e.4；
e.8.ifui.u>di.u，then跳转e.9；else跳转e.11；
e.9.调用linkandinsert子过程，连接ui-1dj，并插入新点；
e.10.j＝j+1，跳转e.4；
e.11.基于delaunay剖分准则剖分四边形ui-1uidjdj-1；
e.12.i＝i+1，j＝j+1，跳转e.4；
e.13.结束；
f.在步骤e.6中，设待连接的两个点为l1l2，对应的余量值为c1c2，计算线段与l1l2与直线v＝1的交点为l0，计算l0在线段l1l2上的位置参数
本申请的一种改变整体叶盘加工余量的加工方法，可以单独设置不同的叶型截面，在具体的截面上可以根据检测结果对应的位置修改该截面的具体点位的余量，同时针对前后缘也可以具体设置，大大提高了零件在试制阶段的效率以及正式件的合格率。
附图说明
图1是本发明叶片曲面及其uv方向示意图；
图2为本发明参数域内控制点凸多边形l及控制点三角形区域a；
图3为本发明求位于三角形t1t2t3内部的点p的余量值示意图；
图4为本发明添加额外控制点算法流程图；
图5为本发明一个三角形对应的变余量曲面示意图；
图6本发明控制点区域周期化。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
本申请提供了一种改变整体叶盘加工余量的加工方法，
(1)检测整体叶盘叶型，找出超出预设的公差范围的位置及所述位置相对应的余量值；
(2)使用变余量方法，对整体叶盘叶型进行调整；
(3)对整体叶盘叶型进行二次加工；
(4)再次检测整体叶盘叶型，若达到预设的公差范围内，则完成加工，若超出预设的公差范围，则重复步骤(1)～(3)。
所述的步骤(2)中变余量方法具体为，
(2.1)以若干个位于叶盘上不同位置的点及各点的余量值为基础，得到初始余量控制点，构建初始余量控制点网格；
(2.2)通过对初始余量控制点进行预处理，采用光顺过渡的方法，获得叶盘上任意非余量控制点处的余量。
所述的步骤(2.1)具体为，
(2.1.1)定义位于叶盘曲面上的任意一点的位置与该点的余量值的组合为余量控制点，通过在叶盘上设置有限个余量控制点，并在这些控制点之间光滑变化余量来实现对叶盘上任意点非恒定余量补偿；
(2.1.2)定义叶盘的两个参数方向分别为u、v，参数定义域为u∈[0，1],v∈[0，1]，定义一个余量控制点表示为q(u，v，c)，其中u、v表示控制点的位置，c表示控制点的余量；
(2.1.3)在参数空间内，求解所有余量控制点的凸包得到凸多边形，定义该凸多边形为l(p0，p1，…，pn-1)，其中(p0，p1，…，pn-1)表示凸多边形的n个顶点，在凸多边形内部以所有余量控制点为顶点划分三角形，定义该三角网格区域为a，区域a是矩形参数域的一个子区域。
所述的步骤(2.2)具体为，
(2.2.1)对步骤(1)中所得的每个三角片，定义三角形内部任意一点的余量值函数为s＝f(u，v)，s表示一个自由曲面，该曲面的参数域是三角形所在的参数范围，定义该曲面为变余量曲面；
(2.2.2)采用以下步骤求解三角形内部每个点的余量值，设任意一点p(u，v)，在参数域内判断点p的位置：
a.当点恰好位于某个三角形的顶点时，则p点的余量值与该顶点的余量值相同；
b.当点p恰好位于三角形的某条边上时，设边的两个顶点为t1，t2，对应的余量值分别为c1，c2，定义点p在该边上的位置参数为
c.当p点位于三角形t(t1，t2，t3)内部时，其中t1,t2,t3分别为三角形的三个顶点，设三个点对应的余量值分别是(c1,c2,c3)，做垂直于坐标轴u的直线使通点(u,0)，假定直线与三角形的边t1t3相交与e点、与边t1t2相交与d点，在边t1t3上，计算e点所在的位置参数为
d.当p点位于凸多边形区域之外时，通过计算点与到凸多边形每条边的距离，找到距离p最小的一条边，设最近边为t1t2，两个顶点对应的余量值为c1c2，计算点p在t1t2上最近点p’，当p’与t1重合时，p’的余量为c1；当p’与t2重合时，p’的余量为c2；当p’位于线段两个端点之间时，计算p的位置参数
当叶盘的v向是周期时，所述的变余量方法还包括，步骤(2.3)，当叶盘的v向是周期时，在初始有限个余量控制点的基础上，自动生成位于v＝1直线上的若干个额外控制点，原参数空间上方原样复制一个参数域及其中的所有控制点。
额外控制点的生成步骤包括：
a.找到凸多边形顶点在u方向上的u最大值点p1与u最小值点p2，两点满足以下关系：
b.从两个最值点p1,p2处将凸多边形分割为上下两部分，分别记为lup,ldown；
c.将ldown沿v轴的正方向平移距离1，得到l′down；
d.由lup与l′down将得到一个新的非凸多边形区域；
e.添加额外的控制点,算法步骤如下：
e.1.将上下点序分别记为u(u1,u2,…,un),d(d1,d2,…,dm)，其中n,m分别上下点序的点数；
e.2.分别对上下点序u,d按分量u参数由小到大排序，使得满足ui.u<ui+1.u,dj.u<dj+1.u，其中i,j为索引；
e.3.初始化i＝1,j＝1；
e.4.ifi>nandj>m，then跳转e.13，else跳转e.5；
e.5.ifui.u<di.u，then跳转e.6；else跳转e.8；
e.6.调用linkandinsert子过程，连接uidj-1，并插入新点；
e.7.i＝i+1，跳转e.4；
e.8.ifui.u>di.u，then跳转e.9；else跳转e.11；
e.9.调用linkandinsert子过程，连接ui-1dj，并插入新点；
e.10.j＝j+1，跳转e.4；
e.11.基于delaunay剖分准则剖分四边形ui-1uidjdj-1；
e.12.i＝i+1,j＝j+1，跳转e.4；
e.13.结束；
f.在步骤e.6中，设待连接的两个点为l1l2，对应的余量值为c1c2，计算线段与l1l2与直线v＝1的交点为l0，计算l0在线段l1l2上的位置参数
本申请的整体叶盘改变余量的加工方法的具体实施过程如下：
整体叶盘叶型精加工时余量设置为0，加工之后检测，在叶盘叶型的截面高度分别为98mm和101mm前后缘处以及叶盆叶背均有超出设计公差要求的位置，其中98mm截面的前缘处公差要求±0.04，检测结果显示该截面在靠近前缘圆弧位置最大点的检测结果是+0.066，超出公差0.026，后缘靠近圆弧处最大点的检测值是+0.050，超出公差0.01，叶盆与叶背也有超出公差要求的点位最大值是+0.052，超出公差0.002；在叶盘叶型的截面高度分别为101mm截面，前缘靠近圆弧处最大检测点是+0.053，超出公差要求0.013，后缘靠近圆弧处最大检测点是+0.045，超出公差0.005，叶盆与叶背虽没有超差点，但是检测最大点的值是+0.049，已经非常接近上限，继续也会有超出公差的可能性。
针对98mm和101mm截面的超差问题，选择变余量功能，输入前缘超差点对应的位置并同时给出该位置的余量偏置值。如在0.53位置处给出-0.015的余量偏置值，在0.578的位置给出-0.02的余量偏置值等，通过给出8个点位不同的余量偏置值，最终得出右侧修改后的余量分布示意图。
同理，输入后缘超差点对应的位置并同时给出该位置的余量偏置值，可以得出后缘处修改后的余量分布示意图；
在101mm截面同样根据检测报告的结果修改该截面不同点位的余量偏置值，最终得出101mm截面在不同未知的余量分布，。
将98mm和101mm截面余量修改完成后点，程序计算和后处理后进行第二次试切，完成后再次检测98mm和101mm截面的结果，已经达到设计图要求的公差范围内，满足设计图要求。
本申请的一种改变整体叶盘加工余量的加工方法，可以单独设置不同的叶型截面，在具体的截面上可以根据检测结果对应的位置修改该截面的具体点位的余量，同时针对前后缘也可以具体设置，大大提高了零件在试制阶段的效率以及正式件的合格率。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。
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