整體葉輪數(shù)控加工的干涉檢查和刀位修正

1、整體葉輪數(shù)控加工的干涉檢查和刀位修正整體葉輪數(shù)控加工的干涉檢查和刀位修正2007.01.29關鍵詞：葉輪數(shù)控加工摘要：為實現(xiàn)自主開發(fā)葉輪數(shù)控加工CADCAM軟件，提出了干涉檢驗及刀位修正算法。通過分析刀具與葉輪曲面的相對位置關系，將干涉分為三種類型。針對不同的干涉類型提出了相應的檢查及修正方法。最后給出仿真實例以驗證該算法的有效性。1引言引言葉輪是透平機械的關鍵部件，其數(shù)控加工一直是研究的焦點。由于目前國內還沒有比較成熟的且適應性強的C

2、ADCAM系統(tǒng)，因此，絕大多數(shù)生產葉輪的廠家還依靠從國外進口的軟件來完成其多坐標數(shù)控加工。進口軟件不僅價格昂貴，要花費大量的外匯，而且軟件是封閉的運行模塊，其難點和一些關鍵問題的技術資料很難獲得，因此，不能根據實際情況進行修改和開發(fā)，嚴重阻礙了新產品的研制。近年隨著機械、航天航空工業(yè)的迅速發(fā)展，對于提高葉輪類零件的加工質量和精度方面的要求愈益迫切，開發(fā)自主的CADCAM軟件勢在必行，為此很多研究人員進行了這方面的研究工作，但對數(shù)控加工中

3、的干涉檢查這個關鍵性問題的研究所見資料甚少。北京航空航天大學工學吳明的博士學位論文《葉輪、葉片類零件幾何設計和數(shù)控加工》采用離散三角片的方法進行了干涉分析，計算量較大，且研究不全面，對相鄰葉片與刀具之間的干涉未作分析。在整體葉輪的數(shù)控加工過程中，刀具的工作空間受到葉輪結構的嚴格限制，干涉現(xiàn)象比加工自由曲面要復雜的多。本文針對整體葉輪的特點，在分析干涉類型的基礎上，提出了一套適用于多坐標數(shù)控加工的干涉檢查方法。2干涉類型干涉類型整體葉輪是

4、指輪轂和葉片在一個毛坯基體上。加工葉輪葉片曲面時，除了刀具與被加工葉片之間發(fā)生干涉外，由于相鄰葉片間的空間較小，刀具極易與相鄰葉片發(fā)生干涉。在實際加工中，葉片曲面是用坐標點的方式給出，計算刀位時需將曲面進行離散化處理。由于一般采用球頭錐形銑刀，因此，可將曲面離散成點列。每個點的信息將以結構的形式給出，包含排列的序號、點的坐標、所在點的單位表面法矢，點之間以單項鏈表的方式給出。本文所討論的干涉是指啃切干涉，即刀具切入曲面上應該保留的部分。

5、在用銑刀加工葉片中，將刀具置于接觸點處曲面的切平面上的方位作為刀具的初始位置。如圖1所示為銑刀加工整體葉1.輪轂2.葉片3.刀具圖1整體葉輪加工情況整體葉輪加工情況n1=cos(90?)asin(90?)n(3)7.則平面F1的方程為AxByCz=1(4)8.葉片曲面上任意一點(xs，ys，zs)到切平面的有向距離d可由式(5)求得d=AxsBysCzs1(5)9.通過計算式(5)就可以求得d的符號。若d同號，且大于零，則沒有發(fā)生干涉：

6、若d異號，則發(fā)生干涉，d0為干涉點。為了進一步減少計算量，在進行上述計算之前，先進行粗判。粗判的目的是找出葉片曲面與刀具之間的覆蓋區(qū)域。在覆蓋區(qū)域內，才有可能發(fā)生干涉。由于已經通過了第一種類型的干涉檢查，我們在計算時，又將覆蓋區(qū)域進一步減小。將刀具和被加工葉片曲面投影于xoz平面上。以刀具球頭直徑為邊長構造刀具的包容正方形，并分別以葉片曲面的最大和最小x值、z值構造葉片曲面的包容長方形，如圖3所示。通過觀察正方形與長方形之間的相對位置關

7、系，可以確定葉片曲面上的點是否需要進一步的檢查。10.刀位調整刀位調整通過上述方法檢查出干涉，必須對刀具刀軸進行調整。下面對第三種干涉進行消除。根據式(5)，可找出最大干涉距離為max|d|=max|AxsBysCzs1|(6)11.12.為消除干涉，刀具應在初始切平面內繞刀具球心點旋轉?角度，使刀軸更加偏離被加工的葉片曲面。?角為?=arcsin(max|d|d1)(7)13.式中d1為最大干涉點與刀具球心點之間的距離。14.這樣調整