專利名稱：一種用于數(shù)控拋光葉片型面的拋光軌跡確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葉片拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于數(shù)控拋光葉片型面的拋光軌跡確
定方法。
背景技術(shù)：
在發(fā)動機(jī)尤其是航空發(fā)動機(jī)中，葉片作為受力最復(fù)雜的一種零件，葉片型面多為復(fù)雜自由曲面，葉身具有彎、寬、掠、扭、薄的特點(diǎn)。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，航空發(fā)動機(jī)所裝用的葉片數(shù)量越來越多，工作條件越來越惡劣，隨著氣體動力性能要求提高，葉片空間曲面越來越復(fù)雜，諸多因素決定了葉片在銑削加工后葉片表面必須進(jìn)行拋光加工，以滿足越來越高的葉片型面加工要求。當(dāng)前國內(nèi)葉片型面拋光主要采用的傳統(tǒng)機(jī)械專用加工設(shè)備，由工人手工完成。這種加工方式不穩(wěn)定，加工精度不高，葉片質(zhì)量的一致性和移植性也都難以保證，人工拋光由于是一次加工到位，磨削余量大，加工殘余應(yīng)力也大，還容易造成葉片燒傷而破壞葉片材質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)。而采用數(shù)控拋光技術(shù)是葉片加工技術(shù)的發(fā)展方向，但就目前葉片型面數(shù)控拋光技術(shù)而言，由于葉片型面是復(fù)雜自由曲面，難以精確確定數(shù)控拋光軌跡，導(dǎo)致無法控制數(shù)控拋光過程中葉片質(zhì)量的一致性，因此迫切需要研究精確確定葉片型面數(shù)控拋光軌跡的方法。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種用于數(shù)控拋光葉片型面的拋光軌跡確定方法。技術(shù)方案為保證拋光過程中拋光輪與葉片型面保持良好的接觸，在確定拋光軌跡方法中采用直紋面擬合逼近葉片型面，提高了拋光加工精度。本發(fā)明的技術(shù)方案為所述一種用于數(shù)控拋光葉片型面的拋光軌跡確定方法，其特征在于包括以下步驟，步驟1 通過三維CAD建模軟件建立葉片的三維模型，以葉片流道線方向?yàn)閡方向，與流道線垂直方向?yàn)棣头较?；沿ν方向在建立的葉片三維模型上插入間隔不大于5mm的 α條等參數(shù)線，采用α條等參數(shù)線掃掠出葉片型面曲面，得到葉片型面的參數(shù)化模型；步驟2:沿u方向在步驟1得到的參數(shù)化后的葉片型面上插入β條等分線，將參數(shù)化后的葉片型面沿u方向等分成β -1段，其中每段寬度不大于拋光輪寬度的1/4 ；并在每條等分線上插入分段點(diǎn)，同一條等分線上相鄰兩個(gè)分段點(diǎn)沿等分線的距離不大于5mm ；步驟3 確定第k段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡第k段參數(shù)化后的葉片型面由第^k條和第i3k+1條等分線組成，其中第^k條等分線上有M個(gè)分段點(diǎn)，第日㈣條等分線上有N個(gè)分段點(diǎn)；步驟3. 1 將第β k條等分線上的第i個(gè)分段點(diǎn)與第β k+1條等分線上的所有分段點(diǎn)連接，得到N條線段，沿第k段參數(shù)化后的葉片型面的法線方向測量每條線段與第k段參數(shù)化后的葉片型面的最大距離，得到最大距離集合Ln，取Ln中數(shù)值最小的一條線段作為第i 個(gè)分段點(diǎn)的擬合線段；步驟3. 2 循環(huán)進(jìn)行步驟3. 1，直至得到第β&條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段， 采用第β k條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段掃掠得到第k段參數(shù)化后的葉片型面的擬合直紋面；步驟3. 3 將擬合直紋面沿法線方向偏置拋光輪半徑距離得到等距面；在等距面上沿u方向插入P條等距線，相鄰兩條等距線距離不大于拋光輪寬度的1/8 ；在每條等距線上插入接觸點(diǎn)，同一等距線上相鄰兩個(gè)接觸點(diǎn)距離不大于5mm，以接觸點(diǎn)在加工坐標(biāo)系中坐標(biāo)作為拋光輪在葉片型面上的加工點(diǎn)坐標(biāo)，以接觸點(diǎn)處的主法線方向作為拋光刀軸的中心軸線矢量方向，從而確定了第k段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡；步驟4 循環(huán)進(jìn)行步驟3，直至得到所有β-1段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡。本發(fā)明的優(yōu)選方案，其特征在于步驟3. 1 將第β k+1條等分線上的第i個(gè)分段點(diǎn)與第β k條等分線上的所有分段點(diǎn)連接，得到M條線段，沿第k段參數(shù)化后的葉片型面的法線方向測量每條線段與第k段參數(shù)化后的葉片型面的最大距離，得到最大距離集合LM，取Lm中數(shù)值最小的一條線段作為第i 個(gè)分段點(diǎn)的擬合線段；步驟3. 2 循環(huán)進(jìn)行步驟3. 1，直至得到第β k+1條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段，采用第β k+1條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段掃掠得到第k段參數(shù)化后的葉片型面的擬合直紋面；有益效果本發(fā)明提出的方法采用直紋面擬合逼近葉片型面，有效地保證了數(shù)控加工過程中，能夠精確控制拋光輪與葉片型面的加工點(diǎn)，提高了加工精度和葉片質(zhì)量的一致性，能夠應(yīng)用于對葉片型面的數(shù)控拋光工藝中。


圖1 本發(fā)明的方法流程圖；圖2 加工采用的拋光輪結(jié)構(gòu)示意圖；其中L為拋光輪寬度；D為拋光輪直徑
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明本實(shí)施例是為采用數(shù)控加工方法對某型航空發(fā)動機(jī)葉片型面進(jìn)行拋光加工，而進(jìn)行的確定數(shù)控拋光軌跡工作，具體實(shí)施方法為步驟1 通過三維CAD建模軟件建立葉片的三維模型，以葉片流道線方向?yàn)閡方向，與流道線垂直方向?yàn)棣头较颍谎卅头较蛟诮⒌娜~片三維模型上插入間隔為5mm的α條等參數(shù)線，采用α條等參數(shù)線掃掠出葉片型面曲面，得到葉片型面的參數(shù)化模型；步驟2:沿U方向在步驟1得到的參數(shù)化后的葉片型面上插入β條等分線，將參數(shù)化后的葉片型面沿u方向等分成β -1段，其中每段寬度為拋光輪寬度的1/8 ；并在每條等分線上插入分段點(diǎn)，在同一條等分線上，相鄰兩個(gè)分段點(diǎn)沿等分線的距離為3mm ；步驟3 確定第k段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡第k段參數(shù)化后的葉片型面由第i3k條和第日㈣條等分線組成，其中第^k條等分線上有113個(gè)分段點(diǎn)，第日㈣條等分線上有107個(gè)分段點(diǎn)；步驟3. 1 將第β k條等分線上的第i個(gè)分段點(diǎn)與第β k+1條等分線上的所有分段點(diǎn)連接，得到15條線段，沿第k段參數(shù)化后的葉片型面的法線方向測量每條線段與第k段參數(shù)化后的葉片型面的最大距離，得到最大距離集合Ln,取對應(yīng)Ln中最小值的一條線段作為第i個(gè)分段點(diǎn)的擬合線段；步驟3. 2 循環(huán)進(jìn)行步驟3. 1，直至得到第β &條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段， 采用第β k條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段掃掠得到第k段參數(shù)化后的葉片型面的擬合直紋面；實(shí)際上也可以將第β k+1條等分線上的第i個(gè)分段點(diǎn)與第β k條等分線上的所有分段點(diǎn)連接，得到14條線段，并采用上述同樣方法得到第β㈣條等分線上的第i個(gè)分段點(diǎn)的擬合線段，并以第β k+1條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段掃掠得到第k段參數(shù)化后的葉片型面的擬合直紋面；在實(shí)踐中，由于在步驟2中進(jìn)行分段時(shí)，將參數(shù)化后的葉片型面分得很密，所以相鄰兩條等分線上的分段點(diǎn)個(gè)數(shù)很接近，所以采用第β k條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段與采用第條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段分別掃掠得到的擬合直紋面幾乎重合；若相鄰兩條等分線上的分段點(diǎn)個(gè)數(shù)相差10個(gè)以上，優(yōu)選采用分段點(diǎn)個(gè)數(shù)多的等分線來確定擬合線段；步驟3. 3 將擬合直紋面沿法線方向偏置拋光輪半徑距離得到等距面；在等距面上沿u方向插入P條等距線，相鄰兩條等距線距離等于拋光輪寬度的1/8 ；在每條等距線上插入接觸點(diǎn)，同一等距線上相鄰兩個(gè)接觸點(diǎn)沿等距線的距離為3mm，以接觸點(diǎn)在加工坐標(biāo)系中坐標(biāo)作為拋光輪在葉片型面上的加工點(diǎn)坐標(biāo)，以接觸點(diǎn)處的主法線方向作為拋光刀軸的中心軸線矢量方向，從而確定了第k段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡；步驟4 循環(huán)進(jìn)行步驟3，直至得到所有β-1段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡。根據(jù)經(jīng)過上述方法確定的數(shù)控拋光軌跡編制拋光程序，并對航空發(fā)動機(jī)葉片型面進(jìn)行拋光加工，加工結(jié)果驗(yàn)證了該方法能夠保證葉片型面的加工精度，實(shí)現(xiàn)了自動化拋光。
權(quán)利要求
1. 一種用于數(shù)控拋光葉片型面的拋光軌跡確定方法，其特征在于包括以下步驟， 步驟1 通過三維CAD建模軟件建立葉片的三維模型，以葉片流道線方向?yàn)閡方向，與流道線垂直方向?yàn)棣头较?；沿ν方向在建立的葉片三維模型上插入間隔不大于5mm的α條等參數(shù)線，采用α條等參數(shù)線掃掠出葉片型面曲面，得到葉片型面的參數(shù)化模型；步驟2:沿u方向在步驟1得到的參數(shù)化后的葉片型面上插入β條等分線，將參數(shù)化后的葉片型面沿u方向等分成β "I段，其中每段寬度不大于拋光輪寬度的1/4 ；并在每條等分線上插入分段點(diǎn)，同一條等分線上相鄰兩個(gè)分段點(diǎn)沿等分線的距離不大于5mm ；步驟3 確定第k段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡第k段參數(shù)化后的葉片型面由第^k條和第β !^條等分線組成，其中第β k條等分線上有M個(gè)分段點(diǎn)，第i3k+1條等分線上有N個(gè)分段點(diǎn)；步驟3. 1 將第β k條等分線上的第i個(gè)分段點(diǎn)與第β k+1條等分線上的所有分段點(diǎn)連接，得到N條線段，沿第k段參數(shù)化后的葉片型面的法線方向測量每條線段與第k段參數(shù)化后的葉片型面的最大距離，得到最大距離集合Ln，取對SLn中最小值的一條線段作為第i個(gè)分段點(diǎn)的擬合線段；步驟3. 2 循環(huán)進(jìn)行步驟3. 1，直至得到第β k條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段，采用第β k條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段掃掠得到第k段參數(shù)化后的葉片型面的擬合直紋步驟3. 3 將擬合直紋面沿法線方向偏置拋光輪半徑距離得到等距面；在等距面上沿u 方向插入P條等距線，相鄰兩條等距線距離不大于拋光輪寬度的1/8 ；在每條等距線上插入接觸點(diǎn)，同一等距線上相鄰兩個(gè)接觸點(diǎn)距離不大于5mm，以接觸點(diǎn)在加工坐標(biāo)系中坐標(biāo)作為拋光輪在葉片型面上的加工點(diǎn)坐標(biāo)，以接觸點(diǎn)處的主法線方向作為拋光刀軸的中心軸線矢量方向，從而確定了第k段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡；步驟4 循環(huán)進(jìn)行步驟3，直至得到所有β -1段參數(shù)化后的葉片型面的數(shù)控拋光軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)控拋光葉片型面的拋光軌跡確定方法，其特征在于步驟3. 1 將第β k+1條等分線上的第i個(gè)分段點(diǎn)與第β k條等分線上的所有分段點(diǎn)連接，得到M條線段，沿第k段參數(shù)化后的葉片型面的法線方向測量每條線段與第k段參數(shù)化后的葉片型面的最大距離，得到最大距離集合Lm，取Lm中數(shù)值最小的一條線段作為第i個(gè)分段點(diǎn)的擬合線段；步驟3.2 循環(huán)進(jìn)行步驟3. 1，直至得到第i3k+1條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段，采用第i3k+1條等分線上所有分段點(diǎn)的擬合線段掃掠得到第k段參數(shù)化后的葉片型面的擬合直紋面。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于數(shù)控拋光葉片型面的拋光軌跡確定方法，首先建立葉片型面的參數(shù)化模型，在葉片型面上插入β條等分線，然后建立每一段參數(shù)化后的葉片型面的擬合直紋面，在擬合直紋面的等距面上插入P條等距線，在等距線上確定加工點(diǎn)坐標(biāo)和加工軸法向。本發(fā)明提出的方法采用直紋面擬合逼近葉片型面，有效地保證了數(shù)控加工過程中，能夠精確控制拋光輪與葉片型面的加工點(diǎn)，提高了加工精度和葉片質(zhì)量的一致性，能夠應(yīng)用于對葉片型面的數(shù)控拋光工藝中。
文檔編號G05B19/4097GK102306010SQ20111025783
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者史耀耀, 張軍鋒, 李小彪, 楊闊, 段繼豪, 董婷, 藺小軍 申請人:西北工業(yè)大學(xué)