整体叶盘叶型加工混合铣刀路生成方法与流程

1.本发明涉及数控铣削加工制造技术领域，具体涉及一种整体叶盘叶型加工混合铣刀路生成方法。


背景技术：

2.叶盘类零件是航空航天发动机的核心部件，整体叶盘零件的质量对发动机的气动性能和工作可靠性具有重要的影响。此类零件的加工方式包括铸造、3d打印、电火花、数控铣削等，其中数控铣削常用于整体叶盘叶型的精加工。
3.整体叶盘叶型类零件中各叶盘叶型各不相同，但加工时需要整体进行加工，所以对加工的精度要求很高。而传统的例如悬伸较长的精加工叶片刚性不高，加工时易出现变形、震颤和让刀等现象，导致最终成型零件的表面存在较大误差，降低质量。目前，有采用叶片之间填充材料的方式来提高加工刚性的方法，但是这种方法会增加额外的工序步骤。也有将刀路分为粗加工、半精加工和精加工来提高精度，但是不同的加工刀路之间缺乏自然的一致性而容易在零件表面出现接刀痕。因此，有使用计算机辅助制造软件(computer aided manufacturing，cam)来进行刀路混合的方法，这种方法分别生成粗加工、半精加工和精加工的刀位文件，接着经过解析多个刀位文件、再次均匀分层、组合过程生成包含粗、半精和精加工刀路的混合刀路，最后通过计算粗加工轨迹的平均z值来估算总下刀深度；这种方法基于估算的z值来保证粗加工、半精和精加工刀路之间不发生干涉，但是由于粗加工和精加工采用不同的刀具，粗精加工转化时仍然会因换刀动作而产生接刀痕[2]。并且，现有的混合铣刀路铣削采用简单的逐层铣削、每个铣削层中包含粗加工、半精加工和精加工刀路，当粗加工的铣削量相对刀具半径较大时，靠近球头刀具的刀尖部位会参与铣削，此时铣削工况较差，容易损伤刀具进而降低加工表面质量，降低了刀具寿命[1]。
[0004]
参考文献：
[0005]
[1]袁梦松,徐维斌,吴重申,杨更,席金玉.开式整体叶盘叶片铣削加工方法[p].江苏：cn106216748a,2016
‑
12
‑
14.
[0006]
[2]代星唐祥武等.一种整体叶轮的粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路铣混合路径生成方法[p].江苏：cn103645674b，2013
‑
11
‑
29.


技术实现要素：

[0007]
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提出一种可以生成合理的排列顺序的粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路，并且使刀路按类型分区域使用刀具切削刃，避免球头刀具的刀尖部位参与铣削、保护精加工切削刃，进而延长刀具寿命、保证精加工铣削质量的整体叶盘叶型加工混合铣刀路生成方法。
[0008]
为解决上述技术问题，本发明提供了一种整体叶盘叶型加工混合铣刀路生成方法，包括以下步骤：
[0009]
步骤1：将叶片与轮毂相连的一侧定义为叶根，叶片远离轮毂的另一侧定义为叶
尖，基于原始叶片曲面分别以不同的偏置距离构造若干个对应的等距曲面，在叶尖到叶根方向上构造一系列分层面，计算等距曲面与分层面的交线得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线；
[0010]
步骤2：对粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线按梯状排序方法进行排序，得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路；
[0011]
步骤3：通过控制粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路铣削时球头刀具切削刃的切触范围得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路刀轴矢量的侧向倾角范围，通过侧向倾角范围分别生成粗加工、半精加工和精加工刀路的刀轴矢量范围，刀具在粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路上的刀轴矢量范围内进行铣削。
[0012]
进一步地，所述步骤1中在基于原始叶片曲面分别以不同的偏置距离构造若干个对应的等距曲面，具体过程为：
[0013]
定义粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路中的粗加工和半精加工为粗加工，定义叶片曲面s的等距曲面为o(x)，x表示两个曲面之间的距离；定义叶片的加工余量为c，定义铣削的球头刀具的球头半径为r；定义精加工总铣削厚度为d
finish
及完成铣削的刀路数量为定义粗加工总铣削厚度为d
rough
及完成铣削的刀路数为n
rough
；
[0014]
计算每条刀具路径中刀具球头的球心到叶片s的距离进而得到刀具球心所在的等距面，由内侧到外侧的n
rough
条粗加工等距面为：第n
rough
条粗加工等距面第n
rough
‑
1条粗加工等距面1条粗加工等距面第1条粗加工等距面o(r c d
finish
)；
[0015]
由内侧到外侧的n
finish
条精加工等距面为：第n
finish
条精加工等距面条精加工等距面第n
finish
‑
1条精加工等距面第1条精加工等距面o(r c)。
[0016]
进一步地，所述步骤1中在叶尖到叶根方向上构造一系列分层面时，采用线性插值的方式在整体叶盘模型叶尖所在的曲面与轮毂面之间构造分层面，构造的分层面为平面或者曲面。
[0017]
进一步地，所述采用线性插值的方式在整体叶盘模型叶尖所在的曲面与轮毂面之间构造分层面，具体过程为：
[0018]
定义叶尖处深度参数为0、叶根处深度参数为1，定义l(u)为分层面，u为深度参数；
[0019]
定义ratio表示精加工层数与粗加工层数的比值，ratio取值为正整数；定义精加工层数为在u∈[0,1]之间均匀分层获得分层面为：
[0020]
粗加工、精加工刀路由一致的分层面生成，从精加工分层面中按层数比例ratio挑选粗加工分层面，得到构造的分层面为：
[0021]
[0022]
其中符号表示舍弃计算结果中的小数部分。
[0023]
进一步地，所述从精加工分层面中按层数比例ratio挑选粗加工分层面时，当与不相等时，将分层面l(1)也作为粗加工分层面，用于保证叶根处分层面l(1)被粗加工、精加工刀路公用。
[0024]
进一步地，所述步骤1中计算等距曲面与分层面的交线得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线，具体为：
[0025]
设计刀路的存储方式，采用面面求交的方式分别逐次求解粗加工分层面与粗加工刀心等距面、精加工分层面与精加工刀心等距面的交线，将交线保存在刀路的存储方式中并输出，得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线。
[0026]
进一步地，所述刀路的存储方式为：每个切削层同时包含粗加工刀路和精加工刀路，或仅包含精加工刀路，每条刀路中包含刀路轨迹线以及刀路序号。
[0027]
进一步地，所述步骤2中对粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线按梯状排序方法进行排序，得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路，梯状排序方法的具体过程为：
[0028]
步骤2.1：初始化总切削层数为ml，刀路计数索引i＝0，所有刀路均处在未设定序号的状态，将切削层为粗加工、精加工公用层的定义为rf层、切削层为精加工层的定义为f层；定义表示第l切削层的第j条刀路，其中l∈[0,ml]；
[0029]
步骤2.2：首先处理最后一条切削刀路，判断最后一个切削层的最后一条精加工刀路序号是否已被设定，如已设定，则执行步骤2.9；如未设定，则执行步骤2.3设定刀路的序号；
[0030]
步骤2.3：准备设定刀路的序号，若不存在，则跳转至步骤2.2；若j＝0，表示为精加工刀路，则执行步骤2.4，若j≠0则执行步骤2.5；
[0031]
步骤2.4：执行步骤2.3对刀路的上一个切削层对应的刀路设定序号，然后继续执行步骤2.6；
[0032]
步骤2.5：执行步骤2.3对刀路的上一个rf层对应的刀路设定序号，然后继续执行步骤2.6；
[0033]
步骤2.6：执行步骤2.3对刀路所在的同一层的外侧刀路设定序号，执行步骤2.3对按照排序准则的下一个rf层的外侧刀路设定序号；若是rf层的精加工刀路，则执行步骤2.7设定按进给顺序前一个rf层的外侧刀路序号；若不是rf层的精加工刀路，执行步骤2.8；
[0034]
步骤2.7：执行步骤2.3对按进给顺序的前一个rf层的外侧刀路设
定序号，然后继续执行步骤2.8；
[0035]
步骤2.8：设定序号为i，i自增1；执行步骤2.9；
[0036]
步骤2.9：排序完成，得到按铣削顺序排列的粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路。
[0037]
进一步地，所述梯状排序方法在对粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线进行排序的过程中，每条粗加工刀路铣削时保持下一个粗加工层对应的粗加工刀路的外侧所有粗加工刀路已完成铣削，用于避免刀尖参与铣削；
[0038]
同时，精加工刀路铣削时保证当前层上的所有粗加工刀路以及朝向叶尖方向上的所有层上的所有刀路均已完成铣削，除叶根处最后一个分层面外精加工刀路铣削时保证该层的下一个相邻粗加工层上的所有粗加工刀路已完成铣削，用于避免粗加工刀路与精加工刀路发生干涉。
[0039]
进一步地，所述步骤3中通过控制粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路铣削时球头刀具切削刃的切触范围得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路刀轴矢量的侧向倾角范围，通过侧向倾角范围分别生成粗加工、半精加工和精加工刀路的刀轴矢量范围，具体为：
[0040]
步骤3.1：定义刀具球头球尖为刀具局部坐标系原点，定义粗加工切削刃的可用高度上限为h
rough
，球头刀具的球头半径为r，则粗加工切削刃切触高度范围为[0,h
rough
]，精加工切削刃切触高度范围为[h
rough
,r]；
[0041]
步骤3.2：定义刀具侧向倾角为α，α表示刀具远离叶片方向上的角度，粗加工切削刃可用高度上限处对应的侧向倾角为进而获得了粗加工刀路刀轴矢量的侧向倾角范围为精加工刀路刀轴矢量的侧向倾角范围
[0042]
步骤3.3：定义刀具切削刃上的切触点对应的位于叶片上的切触点沿叶片u、v方向的切线分别为τ
u
,τ
v
，以τ
u
为刀轴矢量初始方向，以过切触点p且平行τ
v
方向的直线作为旋转轴线，以向远离叶片的旋转方向为正向，定义对应的旋转变换为m
α
，得到粗加工刀轴矢量l的范围为：
[0043][0044]
精加工刀轴矢量l'的范围为：
[0045][0046]
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0047]
(1)通过构造等距曲面和分层面生成粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线，再由轨迹线通过梯状排序方法排列顺序得到合理的粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路，过程简单；在混合铣刀路上路使用同一刀具进行铣削，不再换刀，避免了铣削过程中因换刀过程而导致的接刀痕问题，同时也节省了换刀时间，提高效率。
[0048]
(2)通过侧向倾角生成粗加工、半精加工和精加工刀路的刀轴矢量，分别采用球头的不同部位进行铣削，减少因粗加工铣削对刀具的磨损而对精加工铣削产生的影响，保证了铣削表面质量；同时，在未增加总铣削刀路长度的情况下，有效避免了靠近刀具刀尖的部位参与铣削，减少对刀具的磨损，延长刀具使用寿命。
附图说明
[0049]
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
[0050]
图1是本发明的流程图。
[0051]
图2是本发明中叶片的模型示意图。
[0052]
图3是现有混合铣刀路简单排序时两条相邻粗加工刀路铣削过程示意图。
[0053]
图4是本发明中铣削顺序的示意图。
[0054]
图5是本发明中使用梯状排序方法后排序结果在图2叶片模型的剖面上的示意图。
[0055]
图6是本发明中梯状排序方法的流程图。
[0056]
图7是本发明中对球头刀具切削刃进行分区域使用的示意图。
[0057]
图8是本发明中刀轴矢量范围的示意图。
[0058]
图9本发明实施例中得到的粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的示意图。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0060]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0061]
参照图1流程图所示，本发明一种整体叶盘叶型加工混合铣刀路生成方法的实施例，包括：
[0062]
步骤1：将叶片与轮毂相连的一侧定义为叶根，叶片远离轮毂的另一侧定义为叶尖；基于原始叶片曲面分别以不同的偏置距离构造若干个对应的等距曲面，所述分层面为平面或者曲面；在叶尖到叶根方向上构造一系列分层面，计算等距曲面与分层面的交线得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线。
[0063]
步骤1.1：在叶片曲面上构造一系列不同距离的等距曲面。
[0064]
步骤1.1.1：如图2叶片的模型示意图所示，定义粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路中的粗加工和半精加工为粗加工，定义叶片曲面s的等距曲面为o(x)，x表示两个曲面之间的距离；定义叶片的加工余量为c，定义铣削的球头刀具的球头半径为r；定义精加工总铣削厚度为d
finish
及完成铣削的刀路数量为厚度为d
finish
的材料分次完成铣削，实际上取恒定值1。定义粗加工总铣削厚度为d
rough
及完成铣削的刀路数为n
rough
；厚度为d
rough
的材料分n
rough
次完成铣削。
[0065]
步骤1.1.2：计算每条刀具路径中刀具球头的球心到叶片s的距离进而得到刀具球心所在的等距面，按距离由小到大将由内侧到外侧的n
rough
条粗加工等距面进行排序，顺序为：
[0066]
第n
rough
条粗加工等距面
[0067]
第n
rough
‑
1条粗加工等距面
[0068]
…
，
[0069]
第1条粗加工等距面o(r c d
finish
)；
[0070]
按距离由小到大将由内侧到外侧的n
finish
条精加工等距面进行排序，顺序为：
[0071]
第n
finish
条精加工等距面
[0072]
第n
finish
‑
1条精加工等距面
[0073]
…
，
[0074]
第1条精加工等距面o(r c)。
[0075]
步骤1.2：采用线性插值的方式在整体叶盘模型叶尖所在的曲面与轮毂面之间构造分层面，构造的分层面为平面或者曲面。
[0076]
步骤1.2.1：定义叶尖处深度参数为0、叶根处深度参数为1，定义l(u)为分层面，u表示深度参数；
[0077]
步骤1.2.2：粗加工关键在于快速去除大量材料，粗加工刀路的分层数量不会多于精加工的分层数量，为实现一致性的分层，定义ratio表示精加工层数与粗加工层数的比值，ratio取值为正整数；定义精加工层数为在u∈[0,1]之间均匀分层获得分层面为：
[0078]
粗加工、精加工刀路由一致的分层面生成，从精加工分层面中按层数比例ratio挑选粗加工分层面为：其中符号表示舍弃计算结果中的小数部分；当与不相等时，特别地将分层面l(1)也作为粗加工分层面，如此保证叶根处分层面l(1)被粗加工和精加工刀路公用。
[0079]
步骤1.3：计算等距曲面与分层面的交线得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线。
[0080]
设计刀路的存储方式为：每个切削层可以同时包含粗加工刀路和精加工刀路，或仅包含精加工刀路，每条刀路中包含刀路轨迹线line以及刀路序号index，刀路序号index将用在刀路排序中。
[0081]
基于设计的刀路存储方式，采用面面求交的方式分别逐次求解粗加工分层面与粗加工刀心等距面、精加工分层面与精加工刀心等距面的交线，该交线即刀路轨迹线，得到粗
加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线。
[0082]
步骤2：对粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路的轨迹线按梯状排序方法进行排序，得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路，达到避免球头刀具刀尖部位参与切削的效果。
[0083]
如图3所示为现有混合铣刀路简单排序时两条相邻粗加工刀路铣削过程示意图，简单排序时，当粗加工铣削量较大时同一层相邻两条粗加工刀路，靠近刀尖部位参与铣削，图中d表示粗加工总切削厚度，从图中椭圆虚线所圈出部位可以看出当粗加工总铣削厚度d相对于刀具半径较大时，靠近球头刀具的刀尖部位参与铣削。
[0084]
如图4所示为本发明中铣削顺序的示意图，以下所述的最外侧刀路是指切削层中与叶片距离最大的一条粗加工刀路，次外侧刀路是指与最外侧刀路相邻的一条粗加工刀路。图中41表示铣削当前粗加工层最外侧刀路，42表示铣削下一粗加工层的最外侧刀路，43表示从下一粗加工层退出至当前粗加工层，44表示铣削当前粗加工层的次外侧刀路。
[0085]
如图5所示为图2叶片模型的混合铣刀路的剖视图，图右侧中横向虚线表示切削层，左侧符号rf表示切削层为粗加工、精加工公用层、f表示切削层为精加工层；纵向虚线表示叶片等距面的剖视图；横向虚线与纵向虚线的交点表示切削刀路；数字表示刀路的铣削顺序，其中加粗数字表示粗加工刀路，与黑色点对应，未加粗数字表示精加工刀路，与灰色点对应。图中未展示所有刀路，展示部分即序号为1～13的刀路已经可以突出本发明的核心思想。该示意图依据步骤1所述定义绘制并设定参数ratio＝2，精加工刀路数粗加工刀路数n
rough
＝3进行绘制。
[0086]
梯状排序方法的关键在于，每条粗加工刀路铣削时保持其下一个粗加工层对应的粗加工刀路的外侧(叶片等距面距离较大的一侧)所有粗加工刀路已完成铣削，即清除了粗加工靠近刀尖部位的材料，尽可能避免了刀尖参与铣削的问题。同时为避免粗加工刀路与精加工刀路发生干涉，精加工刀路铣削时保证该层上的所有粗加工刀路以及朝向叶尖方向上的所有层上的所有刀路均已完成铣削；为进一步地避免干涉，除叶根处最后一个分层面之外，精加工刀路铣削时还应保证该层的下一个相邻粗加工层上的所有粗加工刀路已完成铣削。例如，当第一个粗加工层的最外侧粗刀路完成铣削后准备铣削该层的次外侧粗加工刀路时，应确保第二个粗加工层的最外侧粗加工刀路已完成铣削。当铣削第3层的精加工刀路时，应确保第4层(下一个相邻粗加工层、第二个粗加工层)上的所有粗加工刀路已完成铣削。例如在图5中，序号10的精刀路开始切削之前，需保下一个粗加工层中的9、5、2号刀路已完成切削，而不需要保证8、4号所在的切削层中的所有粗加工刀路已切削完成。当精加工刀路开始铣削时需要完成铣削的粗加工层数为2时，就需要进一步保证8、4号刀路所在的层中所有粗加工刀路均已切削完成。
[0087]
基于以上分析，使用梯状排序方法对所求的各种刀路进行排序，梯状排序方法的排序过程如流程图6所示。其中：
[0088]
sort(l,j)为排序算法处理程序，该算法中sort(l,j)程序被递归调用；
[0089]
l为正在排序的切削层；
[0090]
j为正在处理的刀路序号，粗
‑
精刀路统一编号并由内而外排列，同一层中叶片侧精加工刀路为j＝0，第一条粗加工刀路j＝1，注意这里精加工刀路数n
finish
＝1；
[0091]
为第l层的第j条刀路；
[0092]
prevrl为l层的上一个rf层，叶尖一侧；
[0093]
prevfeedrl为按进给顺序，l层的前一个切削rf层；
[0094]
nextrl为l层的下一个rf层；
[0095]
为了方便，所有索引序号均从0开始计数；该算法存在大量递归调用。
[0096]
步骤2.1：初始化总切削层数为ml，刀路计数索引i＝0，所有刀路均处在未设定序号的状态，将切削层为粗加工、精加工公用层的定义为rf层、切削层为精加工层的定义为f层；定义表示第l切削层的第j条刀路，其中l∈[0,ml]；
[0097]
步骤2.2：首先处理最后一条切削刀路，判断最后一个切削层的最后一条精加工刀路序号是否已被设定，如已设定，则执行步骤2.9；如未设定，则执行步骤2.3设定刀路的序号；
[0098]
步骤2.3：准备设定刀路的序号，若不存在，则跳转至步骤2.2；若j＝0，表示为精加工刀路，则执行步骤2.4，若j≠0则执行步骤2.5；
[0099]
步骤2.4：执行步骤2.3对刀路的上一个切削层对应的刀路设定序号，然后继续执行步骤2.6；
[0100]
步骤2.5：执行步骤2.3对刀路的上一个rf层对应的刀路设定序号，然后继续执行步骤2.6；
[0101]
步骤2.6：执行步骤2.3对刀路所在的同一层的外侧刀路设定序号，执行步骤2.3对按照排序准则的下一个rf层的外侧刀路设定序号；若是rf层的精加工刀路，则执行步骤2.7设定按进给顺序前一个rf层的外侧刀路序号；若不是rf层的精加工刀路，执行步骤2.8；
[0102]
步骤2.7：执行步骤2.3对按进给顺序的前一个rf层的外侧刀路设定序号；然后继续执行步骤2.8；
[0103]
步骤2.8：设定序号为i，i自增1；执行步骤2.9；
[0104]
步骤2.9：排序完成，得到按铣削顺序排列的粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路。
[0105]
步骤3：通过控制粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路铣削时球头刀具切削刃的切触范围得到粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路刀轴矢量的侧向倾角范围，通过侧向倾角范围分别生成粗加工、半精加工和精加工刀路的刀轴矢量范围，刀具在粗加工
‑
半精加工
‑
精加工刀路混合铣刀路上的刀轴矢量范围内进行铣削。使不同类型的刀路使用不同的刀具切削刃区域，保护精加工的切削刃区域，减少该区域磨损、延长刀具寿命进而保
证精加工表面质量。
[0106]
步骤3.1：由于混合铣刀路包括了额外的粗
‑
半精铣削刀路，完成叶型精加工需要更长的铣削路径，粗加工铣削比精加工铣削对刀具的磨损更严重，并且混合铣刀路的实际应用对象通常是悬伸较长叶片，对刀具寿命是较大的考验。因此，本发明采用一种对球头刀具切削刃进行区域划分的方式，将不同切削刃区域分别分配给粗
‑
半精加工刀路和精加工刀路，如图7所示。定义刀具球头球尖为刀具局部坐标系原点，定义粗加工切削刃可用高度上限为h
rough
，刀具的球头半径为r，则粗加工切削刃切触高度范围为[0,h
rough
]，精加工切削刃切触高度范围为[h
rough
,r]，所以不同刀路对应的刀具切削刃上的切触点必须落在上述对应范围内。
[0107]
步骤3.2：定义刀具侧向倾角为α，表示刀具远离叶片方向上的角度，粗加工切削刃可用高度上限处对应的侧向倾角为进而获得了粗加工刀路刀轴矢量的侧向倾角范围为精加工刀路刀轴矢量的侧向倾角范围
[0108]
步骤3.3：在此范围的约束下求解刀轴矢量l，定义刀具切削刃上的切触点对应的位于叶片上的切触点沿叶片u、v方向的切线分别为τ
u
,τ
v
，如图2中所示uv方向，以τ
u
为刀轴矢量初始方向，以过切触点p且平行τ
v
方向的直线作为旋转轴线，以向远离叶片的旋转方向为正向，定义对应的旋转变换为m
α
，得到粗加工刀轴矢量l的范围为：
[0109][0110]
精加工刀轴矢量l'的范围为：
[0111][0112]
如图8所示，为保证铣削刀路使用限制的切削刃范围，需限制球头刀具上的切触点落在制定区域。通过调整侧向倾角生成刀轴矢量范围，可以在球头刀具刀心位置以及叶片铣削模型(图2所示的模型)上的切触点均保持不变的情况下，改变刀具上的切触点位置，使球头刀具上的切触点落在制定区域内，制定区域为所述切削刃区域。
[0113]
为了进一步说明本发明的有益效果，本实施例中将本发明应用在cam软件的叶片精加工策略中，并通过以下步骤获得本发明所描述的混合铣刀路形式：
[0114]
步骤a：初始化模型并创建叶片精加工策略，设置必要的参数：球头刀具直径10mm、锥度3mm、刃部长度20mm、刀具长度80mm，设置机床主轴转速3000r/min、进给量1000mm/min。
[0115]
步骤b：启用混合铣模式(cam软件中称为分步精加工)，设置加工参数：精加工距离0.25mm、粗加工距离2mm、粗加工刀路数3，精
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粗层数比例3、前粗加工层数3、粗加工分布层数1。
[0116]
其中，精、粗加工距离分别对应本发明的精、粗加工总铣削厚度，软件中默认精加工刀路数为1；前粗加工层数是指f层铣削时，在该层之下已完全铣削完成的rf层数量，考虑到该值为1即可突出本发明的精髓所在(如图5所示，在精加工刀路开始切削之前，在当前层之下的粗加工层中已经完成所有粗加工刀路切削的层数(前粗加工层数)，因本发明重点突
出避免球头球尖部位切削，因此该前粗加工层数取1即可达到目的)，因此省略实现细节中的参数；粗加工分步层数可设置0或1，1表示启用本发明所述的阶梯状排序的混合铣刀路，0表示未启用阶梯状排序的混合铣刀路。
[0117]
步骤c：采用本发明中的方法得到所有粗加工、半精加工、精加工刀路后，经过梯状排序方法排序，并按排序结果输出刀路，即可得到如图9所示的粗加工
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半精加工
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精加工刀路混合铣刀路。
[0118]
基于本发明所述方法，针对某整体叶盘进行试切实验，要求叶型表面轮廓度误差为[
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0.05,0.05]。本发明通过生成粗加工
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半精加工
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精加工刀路混合铣刀路，并让球头刀具在切削刃区域内进行铣削，避免了加工过程中的换刀，可以提高叶片加工中的刚度，避免因让刀变形而导致的加工误差，且避免产生接刀痕。加工后的产品轮廓度合格，同时减少了刀具磨损，提高刀具寿命。实验证明本发明是航空发动机整体叶盘叶片成型的关键技术，可有效提高叶型加工精度、表面光洁度，并减少了刀具磨损、提高刀具寿命，降低了刀具使用成本，实现提质增效。
[0119]
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)通过构造等距曲面和分层面生成粗加工
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半精加工
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精加工刀路混合铣刀路的轨迹线，再由轨迹线通过梯状排序方法排列顺序得到合理的粗加工
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半精加工
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精加工刀路混合铣刀路，过程简单；在混合铣刀路上路使用同一刀具进行铣削，不再换刀，避免了铣削过程中因换刀过程而导致的接刀痕问题，同时也节省了换刀时间，提高效率。(2)通过侧向倾角生成粗加工、半精加工和精加工刀路的刀轴矢量，分别采用球头的不同部位进行铣削，减少因粗加工铣削对刀具的磨损而对精加工铣削产生的影响，保证了铣削表面质量；同时，在未增加总铣削刀路长度的情况下，有效避免了靠近刀具刀尖的部位参与铣削，减少对刀具的磨损，延长刀具使用寿命。
[0120]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0121]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0122]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0123]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0124]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。