基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法与流程

技术特征：
1.一种基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据整体叶盘叶片的截面数据点，进行nurbs曲线拟合，得到所述叶片的n条闭合叶身截面曲线；步骤2：根据所述的闭合叶身截面曲线，迭代计算出中弧线特征点从而拟合得到所述闭合叶身截面曲线的拟合中弧线；步骤3：沿着所述拟合中弧线的端点切矢方向作直线，所述直线与所述闭合叶身截面曲线求交，得到所述闭合叶身截面曲线的前缘尖点和后缘尖点；步骤4：设置所述闭合叶身截面曲线的前缘区域和后缘区域半径，并分别以所述前缘尖点和后缘尖点为圆心，在闭合叶身截面曲线所在平面内作圆，所述圆与闭合叶身截面曲线的前缘区域和后缘区域的交点将所述的闭合叶身截面曲线分割为四条曲线，分别是前缘曲线、后缘曲线、叶盆曲线、叶背曲线；步骤5：根据所述闭合叶身截面曲线的缘头加工公差，将所述的前缘曲线和后缘曲线进行平移、偏置得到前缘缘头补偿曲线和后缘缘头补偿曲线，将所述的叶盆曲线和叶背曲线分别与缘头补偿曲线进行桥接后再连结得到叶盆补偿曲线和叶背补偿曲线；步骤6：分别将步骤5得到前缘缘头补偿曲线、后缘缘头补偿曲线、叶盆补偿曲线及叶背补偿曲线通过曲线组拟合nurbs曲面，得到所述叶片的四个区域曲面，分别为前缘曲面、后缘曲面、叶盆曲面、叶背曲面；步骤7：指定轮毂曲面和围带曲面，并将轮毂曲面和围带曲面作为上、下裁剪边界，并将所述叶片的前缘曲面、后缘曲面、叶盆曲面、叶背曲面按照边界进行裁剪，并对裁剪后的区域曲面分别进行曲面重新参数化，得到实际加工的需要的叶片前缘曲面、后缘曲面、叶盆曲面及叶背曲面。2.如权利要求1所述的基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法，其特征在于，所述步骤2中所述中弧线特征点和中弧线的计算方法为：步骤21：根据闭合叶身截面曲线c＝c(t)，将其按照等弦高差的方式进行离散，得到离散点c(t
i
)(i＝1,l,k)，根据曲线上任一一点的曲率半径，运用公式(1)计算所述闭合叶身截面曲线上所有点的曲率半径ρ：并获取所述离散点c(t
i
)(i＝1,l,k)中曲率半径最大的点c(t
m
)；步骤22：计算所述离散点c(t
i
)对应的中弧线特征点p
i
，根据中弧线上点的几何关系式：其中n为离散点c(t
i
)在闭合叶身截面曲线上的单位主法式，单位主法式指向闭合叶身截面曲线内侧，d为所述闭合叶身截面曲线截面厚度值，由此建立方程：f(ξ,d)＝|c(ξ)-c(t
i
) d
·
(n(ξ)-n(t
i
))|2ꢀꢀꢀꢀ
(3)采用阻尼牛顿法进行最小值搜索，其中参数的取值范围为ξ∈(t
i 1
,1)∪(0,t
i-1
)，d∈(0,∞)，直到搜索到满足条件f(ξ,d)＝0的参数(ξ
i
,d
i
)停止，然后根据所述的中弧线上点的几何关系式(2)计算中弧线特征点p
i
；
步骤23：以点c(t
m
)作为首点，根据步骤22迭代计算所述首点c(t
m
)对应的中弧线特征点p
m
，然后将编号m递增，计算中弧线特征点p
m 1
，重复递增操作，当按照所述公式(3)无解时，所述的离散点c(t
i
)接近缘头，停止递增操作，再将编号m递减做同上操作，将所有中弧线特征点p
i
(i＝m-n1,l m,l,m n2)按照点位顺序进行nurbs曲线拟合，得到拟合中弧线c
γ
。3.根据权利要求1所述的一种基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法，其特征在于，所述步骤3具体为：访问所述拟合中弧线c
γ
端点c
γ0
处的单位切矢τ0，以c
γ0
和c
γ0
对应的中弧线特征点p0两点创建直线l，其中：p0＝c
γ0
2d
·
τ0式中d为c
γ0
端点处的截面厚度值，求取直线l与叶身截面曲线c的交点得到两个缘头尖点，两个缘头尖点中曲率半径ρ较大的为后缘尖点c
t
，较小的为前缘尖点c
l
。4.根据权利要求1所述的一种基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法，其特征在于，所述步骤4中闭合叶身截面曲线分割的步骤为：设置所述闭合叶身截面曲线的前缘区域半径r
l
和后缘区域半径r
t
，在截面曲线c所在的平面内，分别以前缘尖点c
l
和后缘尖点c
t
为圆心，以所述前缘区域半径r
l
和后缘区域半径r
t
为半径创建圆o
l
和圆o
t
，并将圆o
l
和圆o
t
与截面曲线c求交点，得到c
l1
、c
l2
、c
t1
、c
t2
四个点，将封闭曲线c按照这四个点进行分割，得到四条分割曲线：前缘曲线、后缘曲线、叶盆曲线、叶背曲线。5.根据权利要求1所述的一种基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法，其特征在于，所述步骤5中所述缘头补偿曲线的具体计算步骤为：将所述闭合叶身截面曲线的缘头加工公差记为
±
δ，并将所述的前缘曲线和后缘曲线沿着拟合中弧线c
γ
的端点切矢τ向外平移δ/3～δ/2，然后在所述闭合叶身截面曲线所在的平面内，将平移后的前缘曲线和后缘曲线向外进行曲线偏置，偏置量为δ/6～δ/5，得到所述的前缘缘头补偿曲线和后缘缘头补偿曲线；最后将所述叶盆曲线和叶背曲线的首尾两端分别缩短2δ～3δ，并分别与所述的前缘曲线和后缘曲线进行桥接，将桥接段曲线再与叶盆曲线和叶背曲线分别进行连结，得到叶盆补偿曲线和叶背补偿曲线。6.根据权利要求1所述的一种基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法，其特征在于，所述步骤7的具体方法步骤为：：步骤71：指定轮毂曲面s
hub
和围带曲面s
shr
，作为裁剪边界，将所述叶片的四个区域曲面按照边界进行裁剪；步骤72：在所述的前缘曲面s
le
，在s
le
上均匀提取n条等u参数线，n为所有截面中位于前缘曲线上离散点数量的最大值：其中为第k个截面层中离散点位于前缘曲线上的数量，参数线重新拟合成nurbs曲面，得到最终实际加工的前缘曲面；重复曲面重新参数化步骤，进而得到实际加工的后缘曲面、叶盆曲面和叶背曲面。

技术总结
本发明公开了一种基于缘头补偿的整体叶盘叶片曲面重构方法，包括根据叶身截面数据点进行NURBS曲线拟合叶身截面线，并拟合得到中弧线；根据中弧线端点切矢计算缘头点，并按照缘头点和缘头区域半径分割得到缘头曲线，并根据所述闭合叶身截面曲线的缘头加工公差，将缘头曲线进行平移、偏置得到缘头补偿曲线，得到新的曲线组拟合NURBS曲面，并以轮毂曲面和围带曲面作为边界进行裁剪、重参得到了考虑缘头补偿的用于实际加工的后缘曲面、叶盆曲面和叶背曲面，为后续加工过程中提升了整体叶盘的叶片划分质量，使半精加工时分区域铣削更高效，同时可以在加工是有效补偿缘头处机床减速带来的加工误差，提高加工效率的同时确保了加工的精度。的精度。的精度。


技术研发人员：吕锡明 胡创国 许迎颖 文学谦 冯谦 毛海江
受保护的技术使用者：西安三航动力科技有限公司
技术研发日：2022.04.14
技术公布日：2022/7/1