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

2、ADCAM系統(tǒng)，因此，絕大多數(shù)生產(chǎn)葉輪的廠家還依靠從國外進(jìn)口的軟件來完成其多坐標(biāo)數(shù)控加工。進(jìn)口軟件不僅價(jià)格昂貴，要花費(fèi)大量的外匯，而且軟件是封閉的運(yùn)行模塊，其難點(diǎn)和一些關(guān)鍵問題的技術(shù)資料很難獲得，因此，不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和開發(fā)，嚴(yán)重阻礙了新產(chǎn)品的研制。近年隨著機(jī)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(zhì)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(jìn)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(gè)關(guān)鍵性問題的研究所見資料甚少。北京航空航天大學(xué)工學(xué)吳明的博士學(xué)位論文《葉輪、葉片類零件幾何設(shè)計(jì)和數(shù)控加工》采用離散三角片的方法進(jìn)行了干涉分析，計(jì)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(jié)構(gòu)的嚴(yán)格限制，干涉現(xiàn)象比加工自由曲面要復(fù)雜的多。本文針對整體葉輪的特點(diǎn)，在分析干涉類型的基礎(chǔ)上，提出了一套適用于多坐標(biāo)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(gè)毛坯基體上。加工葉輪葉片曲面時(shí)，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(shí)際加工中，葉片曲面是用坐標(biāo)點(diǎn)的方式給出，計(jì)算刀位時(shí)需將曲面進(jìn)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(diǎn)列。每個(gè)點(diǎn)的信息將以結(jié)構(gòu)的形式給出，包含排列的序號(hào)、點(diǎn)的坐標(biāo)、所在點(diǎn)的單位表面法矢，點(diǎn)之間以單項(xiàng)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(yīng)該保留的部分。

5、在用銑刀加工葉片中，將刀具置于接觸點(diǎn)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(diǎn)(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(jì)算式(5)就可以求得d的符號(hào)。若d同號(hào)，且大于零，則沒有發(fā)生干涉：

6、若d異號(hào)，則發(fā)生干涉，d0為干涉點(diǎn)。為了進(jìn)一步減少計(jì)算量，在進(jìn)行上述計(jì)算之前，先進(jìn)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(nèi)，才有可能發(fā)生干涉。由于已經(jīng)通過了第一種類型的干涉檢查，我們在計(jì)算時(shí)，又將覆蓋區(qū)域進(jìn)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(gòu)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(gòu)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(guān)

7、系，可以確定葉片曲面上的點(diǎn)是否需要進(jìn)一步的檢查。10.刀位調(diào)整刀位調(diào)整通過上述方法檢查出干涉，必須對刀具刀軸進(jìn)行調(diào)整。下面對第三種干涉進(jìn)行消除。根據(jù)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(yīng)在初始切平面內(nèi)繞刀具球心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)?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(diǎn)與刀具球心點(diǎn)之間的距離。14.這樣調(diào)整