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闭式 整体叶盘型腔铣削加工方法

阅读：844发布：2020-05-14

专利汇可以提供闭式整体叶盘型腔铣削加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，包括步骤1：型腔粗加工加工区域划分；步骤2：确定待加工区域划分；步骤3：刀路规划；该闭式整体叶盘型腔铣削加工方法能够精确分块，减少加工余量，刀轴矢量求解简单，实现高效闭式整体叶盘型腔的五轴数控加工，提高了闭式整体叶盘加工质量和加工效率，可应用在整体叶盘叶片铣削加工中，也可应用到其他薄壁大悬伸零件的加工过程中。，下面是闭式整体叶盘型腔铣削加工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：型腔粗加工加工区域划分；
步骤1.1：定义型腔待加工区域的广义长方体从叶片前缘到叶片后缘的方向为长度方向，对应两个边界曲面定义为前缘侧边界曲面、后缘侧边界曲面；
步骤1.2：从围带到轮毂方向为深度方向，对应两个边界曲面定义为围带侧边界曲面、轮毂侧边界曲面；
步骤1.3：绕叶盘旋转方向从一个叶片的一侧到另一个叶片的一侧为宽度方向，对应两个边界曲面定义为叶盆侧边界曲面、叶背侧边界曲面；
步骤1.4：叶片前缘最高点所对应的曲线定义为前缘极曲线，叶片后缘最低点所在的曲线定义为后缘极曲线；
步骤1.5：叶片两侧对应的叶盆面、叶背面分别向型腔内部偏置得到叶盆侧偏置面、叶背侧偏置面，偏置距离为加工余量；
步骤2：确定待加工区域划分；
步骤2.1：根据指定的深度范围确定待加工区域深度方向上的边界曲面；
步骤2.2：根据指定的长度范围确定分块区域长度方向上的边界曲面及中间分层面；
步骤2.3：根据深度方向上的轮毂侧、围带侧边界曲面确定轮毂侧、围带侧边界曲线；
步骤2.4：在每个分层曲面上，根据指定的宽度范围确定叶盆侧、叶背侧的边界曲线；
步骤3：刀路规划；
步骤3.1：在每个分层面上，定义待加工区域为广义长方形，将广义长方形两边所在的方向根据其相对长度分别定义为主方向、副方向，主方向是主要切削方向刀路，副方向主要是连接切削刀路。
步骤3.2：通过区分主、副方向，使得在满足精度要求均匀切削的情况下每层走的刀路总路径长度最短。
步骤3.3：对于每个分层面，根据上述所得叶盆、叶背侧边界曲线，轮毂、围带侧边界曲线，规划每一层刀路，
步骤3.4：每个分层面上的刀路是连续切削的，在两个分层面之间建立过渡连接刀路。
2.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤2.1中所述确定待加工区域深度方向上的边界曲面的方法是：取一个过整体叶盘回转轴的平面，分别与围带面和轮毂面求交得到两条位于平面上的曲线，将两条曲线等参数离散为相同的点数以满足精度要求，根据深度范围参数依次在各对应离散点之间线性插值并拟合中间插值点，生成两条分别对应深度方向范围首尾参数的中间曲线，两条中间曲线绕整体叶盘的回转轴旋转便生成分块待加工区域深度方向上的轮毂侧边界曲面、围带侧边界曲面。
3.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤2.2中所述确定分块区域长度方向上的边界曲面及中间分层面的方法是：前缘、后缘两条极曲线所对应的长度方向上的参数分别为0、1，将指定的长度范围均分为若干个小区间，即对应每个分层面的位置；将两条极曲线等参数离散为相同的点数使满足精度要求，根据在长度范围内所均分的长度方向参数依次在各对应离散点之间线性插值并拟合中间插值点，生成对应长度方向分层参数的中间曲线，中间曲线绕整体叶盘的回转轴旋转便生成分块待加工区域长度方向上的分层曲面。
4.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤2.3中所述确定轮毂侧、围带侧边界曲线的方法是：分层曲面分别与轮毂侧、围带侧边界曲面相交得到轮毂侧、围带侧边界曲线；
5.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤2.4中所述确定叶盆侧、叶背侧的边界曲线的方法是：分层曲面分别与叶盆侧、叶背侧偏置面相交得到叶盆侧、叶背侧相交曲线；将两条相交曲线等参数离散为相同的点数使满足精度要求，根据在宽度范围首尾参数依次在各对应离散点之间进行旋转线性插值并拟合中间插值点，旋转中心为分层面与叶盘回转轴的交点，生成宽度方向待加工区域对应的叶盆侧、叶背侧边界曲线。
6.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤3.1中所述主方向、副方向的定义方式是：将长度较大的定义为主方向，长度较小的方向定义为副方向。
7.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤3.2所述每层走的刀路路径计算方式是：主、副方向的刀路路径分别由上述所对应的边界曲线插值得到；由于叶盘是回转体这一特点，其中沿宽度方向上刀路曲线是圆弧曲线，通过在边界曲线对应的离散点之间旋转线性插值得到。
8.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤3.3中所述刀路的规划方式是：设计刀路类型为“回”字形刀路，从边界处某一起点出发分别沿两个方向上连续走刀切削，并逐圈向内缩小，缩小步长满足切宽的精度要求。
9.根据权利要求1所述的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，其特征在于：步骤3.4中所述的过渡连接刀路包括上一层的退刀刀路和下一层的进刀刀路。

说明书全文

闭式整体叶盘型腔铣削加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数控铣削加工制造技术领域，尤其涉及一种闭式整体叶盘型腔铣削加工方法。

背景技术

[0002] 目前，国内外广泛采用多轴数控铣削加工。闭式整体叶盘是现代高推重比航空发动机采用的新结构，由于其具有结构复杂、开敞性差，叶片薄、加工变形控制难等工艺特征。叶盘类零件是航空航天发动机的核心部件，这类零件结构发展的趋势是采用带叶冠的闭式整体结构。采用闭式整体叶盘后，发动机的气动性能和工作可靠性得到明显提高。然而，闭式整体叶盘的流道狭窄并呈半封闭状态，叶盘的材料多为钛合金、高温合金等难切削材料，现有技术中的闭式整体叶盘型腔粗加工中精确分块难、加工余量过大、刀轴矢量求解复杂，加工效率低。这就给制造技术提出了挑战。因此，需要探索新型工艺方法来解决上述问题。

发明内容

[0003] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够精确分块，减少加工余量，刀轴矢量求解简单的闭式整体叶盘型腔铣削加工方法。

[0004] 本发明提出的一种闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，包括以下步骤：

[0005] 步骤1：型腔粗加工加工区域划分；

[0006] 步骤1.1：定义型腔待加工区域的广义长方体从叶片前缘到叶片后缘的方向为长度方向，对应两个边界曲面定义为前缘侧边界曲面、后缘侧边界曲面；

[0007] 步骤1.2：从围带到轮毂方向为深度方向，对应两个边界曲面定义为围带侧边界曲面、轮毂侧边界曲面；

[0008] 步骤1.3：绕叶盘旋转方向从一个叶片的一侧到另一个叶片的一侧为宽度方向，对应两个边界曲面定义为叶盆侧边界曲面、叶背侧边界曲面；

[0009] 步骤1.4：叶片前缘最高点所对应的曲线定义为前缘极曲线，叶片后缘最低点所在的曲线定义为后缘极曲线；

[0010] 步骤1.5：叶片两侧对应的叶盆面、叶背面分别向型腔内部偏置得到叶盆侧偏置面、叶背侧偏置面，偏置距离为加工余量；

[0011] 步骤2：确定待加工区域划分；

[0012] 步骤2.1：根据指定的深度范围确定待加工区域深度方向上的边界曲面；

[0013] 步骤2.2：根据指定的长度范围确定分块区域长度方向上的边界曲面及中间分层面；

[0014] 步骤2.3：根据深度方向上的轮毂侧、围带侧边界曲面确定轮毂侧、围带侧边界曲线；

[0015] 步骤2.4：在每个分层曲面上，根据指定的宽度范围确定叶盆侧、叶背侧的边界曲线；

[0016] 步骤3：刀路规划；

[0017] 步骤3.1：在每个分层面上，定义待加工区域为广义长方形，将广义长方形两边所在的方向根据其相对长度分别定义为主方向、副方向，主方向是主要切削方向刀路，副方向主要是连接切削刀路。

[0018] 步骤3.2：通过区分主、副方向，使得在满足精度要求均匀切削的情况下每层走的刀路总路径长度最短。

[0019] 步骤3.3：对于每个分层面，根据上述所得叶盆、叶背侧边界曲线，轮毂、围带侧边界曲线，规划每一层刀路，

[0020] 步骤3.4：每个分层面上的刀路是连续切削的，在两个分层面之间建立过渡连接刀路。

[0021] 进一步的，步骤2.1中所述确定待加工区域深度方向上的边界曲面的方法是：取一个过整体叶盘回转轴的平面，分别与围带面和轮毂面求交得到两条位于平面上的曲线，将两条曲线等参数离散为相同的点数以满足精度要求，根据深度范围参数依次在各对应离散点之间线性插值并拟合中间插值点，生成两条分别对应深度方向范围首尾参数的中间曲线，两条中间曲线绕整体叶盘的回转轴旋转便生成分块待加工区域深度方向上的轮毂侧边界曲面、围带侧边界曲面。

[0022] 进一步的，步骤2.2中所述确定分块区域长度方向上的边界曲面及中间分层面的方法是：前缘、后缘两条极曲线所对应的长度方向上的参数分别为0、1，将指定的长度范围均分为若干个小区间，即对应每个分层面的位置；将两条极曲线等参数离散为相同的点数使满足精度要求，根据在长度范围内所均分的长度方向参数依次在各对应离散点之间线性插值并拟合中间插值点，生成对应长度方向分层参数的中间曲线，中间曲线绕整体叶盘的回转轴旋转便生成分块待加工区域长度方向上的分层曲面。

[0023] 进一步的，步骤2.3中所述确定轮毂侧、围带侧边界曲线的方法是：分层曲面分别与轮毂侧、围带侧边界曲面相交得到轮毂侧、围带侧边界曲线；

[0024] 进一步的，步骤2.4中所述确定叶盆侧、叶背侧的边界曲线的方法是：分层曲面分别与叶盆侧、叶背侧偏置面相交得到叶盆侧、叶背侧相交曲线；将两条相交曲线等参数离散为相同的点数使满足精度要求，根据在宽度范围首尾参数依次在各对应离散点之间进行旋转线性插值并拟合中间插值点，旋转中心为分层面与叶盘回转轴的交点，生成宽度方向待加工区域对应的叶盆侧、叶背侧边界曲线。

[0025] 进一步的，步骤3.1中所述主方向、副方向的定义方式是：将长度较大的定义为主方向，长度较小的方向定义为副方向。

[0026] 进一步的，步骤3.2所述每层走的刀路路径计算方式是：主、副方向的刀路路径分别由上述所对应的边界曲线插值得到；由于叶盘是回转体这一特点，其中沿宽度方向上刀路曲线是圆弧曲线，通过在边界曲线对应的离散点之间旋转线性插值得到。

[0027] 进一步的，步骤3.3中所述刀路的规划方式是：设计刀路类型为“回”字形刀路，从边界处某一起点出发分别沿两个方向上连续走刀切削，并逐圈向内缩小，缩小步长满足切宽的精度要求。

[0028] 进一步的，步骤3.4中所述的过渡连接刀路包括上一层的退刀刀路和下一层的进刀刀路。

[0029] 借由上述方案，本发明至少具有以下优点：该闭式整体叶盘型腔铣削加工方法能够精确分块，减少加工余量，刀轴矢量求解简单，实现高效闭式整体叶盘型腔的五轴数控加工，提高了闭式整体叶盘加工质量和加工效率，可应用在整体叶盘叶片铣削加工中，也可应用到其他薄壁大悬伸零件的加工过程中。

[0030] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

[0031] 图1为本发明闭式整体叶盘型腔区域示意图；

[0032] 图2为本发明沿宽度方向的刀路轨迹示意图；

[0033] 图3为本发明沿深度方向的刀路轨迹示意图；

[0034] 图4为本发明每层刀路的路经示意图。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0036] 实施例：一种闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，包括以下步骤：

[0037] 步骤1：型腔粗加工加工区域划分；

[0038] 步骤1.1：定义型腔待加工区域的广义长方体从叶片前缘到叶片后缘的方向为长度方向，对应两个边界曲面定义为前缘侧边界曲面、后缘侧边界曲面；

[0039] 步骤1.2：从围带到轮毂方向为深度方向，对应两个边界曲面定义为围带侧边界曲面、轮毂侧边界曲面；

[0040] 步骤1.3：绕叶盘旋转方向从一个叶片的一侧到另一个叶片的一侧为宽度方向，对应两个边界曲面定义为叶盆侧边界曲面、叶背侧边界曲面；

[0041] 步骤1.4：叶片前缘最高点所对应的曲线定义为前缘极曲线，叶片后缘最低点所在的曲线定义为后缘极曲线；

[0042] 步骤1.5：叶片两侧对应的叶盆面、叶背面分别向型腔内部偏置得到叶盆侧偏置面、叶背侧偏置面，偏置距离为加工余量；

[0043] 步骤2：确定待加工区域划分；

[0044] 步骤2.1：根据指定的深度范围确定待加工区域深度方向上的边界曲面；

[0045] 步骤2.2：根据指定的长度范围确定分块区域长度方向上的边界曲面及中间分层面；

[0046] 步骤2.3：根据深度方向上的轮毂侧、围带侧边界曲面确定轮毂侧、围带侧边界曲线；

[0047] 步骤2.4：在每个分层曲面上，根据指定的宽度范围确定叶盆侧、叶背侧的边界曲线；

[0048] 步骤3：刀路规划；

[0049] 步骤3.1：在每个分层面上，定义待加工区域为广义长方形，将广义长方形两边所在的方向根据其相对长度分别定义为主方向、副方向，主方向是主要切削方向刀路，副方向主要是连接切削刀路。

[0050] 步骤3.2：通过区分主、副方向，使得在满足精度要求均匀切削的情况下每层走的刀路总路径长度最短。

[0051] 步骤3.3：对于每个分层面，根据上述所得叶盆、叶背侧边界曲线，轮毂、围带侧边界曲线，规划每一层刀路，

[0052] 步骤3.4：每个分层面上的刀路是连续切削的，在两个分层面之间建立过渡连接刀路。

[0053] 步骤2.1中所述确定待加工区域深度方向上的边界曲面的方法是：取一个过整体叶盘回转轴的平面，分别与围带面和轮毂面求交得到两条位于平面上的曲线，将两条曲线等参数离散为相同的点数以满足精度要求，根据深度范围参数依次在各对应离散点之间线性插值并拟合中间插值点，生成两条分别对应深度方向范围首尾参数的中间曲线，两条中间曲线绕整体叶盘的回转轴旋转便生成分块待加工区域深度方向上的轮毂侧边界曲面、围带侧边界曲面。

[0054] 步骤2.2中所述确定分块区域长度方向上的边界曲面及中间分层面的方法是：前缘、后缘两条极曲线所对应的长度方向上的参数分别为0、1，将指定的长度范围均分为若干个小区间，即对应每个分层面的位置；将两条极曲线等参数离散为相同的点数使满足精度要求，根据在长度范围内所均分的长度方向参数依次在各对应离散点之间线性插值并拟合中间插值点，生成对应长度方向分层参数的中间曲线，中间曲线绕整体叶盘的回转轴旋转便生成分块待加工区域长度方向上的分层曲面。

[0055] 步骤2.3中所述确定轮毂侧、围带侧边界曲线的方法是：分层曲面分别与轮毂侧、围带侧边界曲面相交得到轮毂侧、围带侧边界曲线；

[0056] 步骤2.4中所述确定叶盆侧、叶背侧的边界曲线的方法是：分层曲面分别与叶盆侧、叶背侧偏置面相交得到叶盆侧、叶背侧相交曲线；将两条相交曲线等参数离散为相同的点数使满足精度要求，根据在宽度范围首尾参数依次在各对应离散点之间进行旋转线性插值并拟合中间插值点，旋转中心为分层面与叶盘回转轴的交点，生成宽度方向待加工区域对应的叶盆侧、叶背侧边界曲线。

[0057] 步骤3.1中所述主方向、副方向的定义方式是：将长度较大的定义为主方向，长度较小的方向定义为副方向。

[0058] 步骤3.2所述每层走的刀路路径计算方式是：主、副方向的刀路路径分别由上述所对应的边界曲线插值得到；由于叶盘是回转体这一特点，其中沿宽度方向上刀路曲线是圆弧曲线，通过在边界曲线对应的离散点之间旋转线性插值得到。

[0059] 步骤3.3中所述刀路的规划方式是：设计刀路类型为“回”字形刀路，从边界处某一起点出发分别沿两个方向上连续走刀切削，并逐圈向内缩小，缩小步长满足切宽的精度要求。

[0060] 步骤3.4中所述的过渡连接刀路包括上一层的退刀刀路和下一层的进刀刀路。

[0061] 该闭式整体叶盘型腔铣削加工方法，采用的刀具为硬质合金球头铣刀(包括直柄球头铣刀和锥柄球头铣刀)，其具体加工方法为在叶片长度方向(即叶片前缘到后缘方向)进行分层加工，每层采用从内到外“回”字形的方式进行加工，进刀方式为斜线进刀，该工艺方法重点在于刀位点的生成和刀轴的干涉检查。

[0062] 加工过程的具体操作步骤为：

[0063] 一、在数控机床上设置主叶片、左右相邻叶片、围带、轮毂的加工余量和在前后缘位置的扩展量；

[0064] 二、在数控机床上设置加工的起始位置(前缘侧或者后缘侧)和铣削的型腔类型(左型腔或者右型腔)；

[0065] 三、在数控机床上设置型腔的加工区域、径向分层数及切宽；

[0066] 四、在数控机床上设置刀具的碰撞检查点数和刀轴控制角度；

[0067] 五、在数控机床上设置刀具的具体尺寸、转速和进给量。

[0068] 该闭式整体叶盘型腔铣削加工方法能够精确分块，减少加工余量，刀轴矢量求解简单，实现高效闭式整体叶盘型腔的五轴数控加工，提高了闭式整体叶盘加工质量和加工效率，

[0069] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

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闭式整体叶盘型腔铣削加工方法

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