一种叶片前后缘径向铣削刀路规划方法、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及铣削加工制造技术领域，尤其是指一种叶片前后缘径向铣削刀路规划方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.整体叶盘是航空发动机的关键零件，其叶片设计为自由曲面，叶片的加工质量关系到发动机叶盘工作时的整体性能，尤其是叶片的前后缘区域，前后缘加工质量的优劣直接影响整体叶盘的气动性能，决定发动机工作效率的高低。
3.对于叶片前后缘区域的加工，较佳的加工方法为将前后缘区域单独径向铣削，以有效避免前后缘区域刀轴矢量剧烈变化导致的过切，提高叶片加工精度。对于叶片前后缘曲面加工刀路规划方法，目前常用的方法有两种：一是在曲面上等参数线或分层相交获得切触点，然后将切触点沿法向移动刀具半径得到刀位点；二是将曲面偏置刀具半径后，在偏置曲面上按等参数线或分层求交规划刀位点。
4.然而，(1)在前后缘曲面上按等参数线或分层相交获得切触点，然后沿曲面法向移动刀具半径的方法，由于叶片曲面的前后缘半径小，而且曲面扭曲，各点法向波动较大，因此获得的刀位点光顺性难以保证；(2)采用偏置前后缘曲面的方法规划刀路，由于前后缘曲面的扭曲度大，刀具半径相比前后缘半径大，前后缘曲面的偏置曲面质量难以达到加工精度要求。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种叶片前后缘径向铣削刀路规划方法、系统及存储介质，其基于离散参数线偏置法构造前缘区域及后缘区域的径向刀路刀位点集，改善径向铣削刀路的光顺性；基于无干涉刀轴矢量，进一步构造叶盘中叶片的前后缘径向铣削刀路，提高了加工精度。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种叶片前后缘径向铣削刀路规划方法，包括：s1、获取预设叶盘模型中的叶片曲面，并在所述叶片曲面中建立uv坐标系；s2、基于所述uv坐标系，从各所述叶片曲面中划分出前缘区域和后缘区域；s3、配置所述前缘区域及后缘区域的加工刀具；s4、基于离散参数线偏置法，且根据预设的所述加工刀具的参数、前缘区域和后缘区域的刀路数目获取前缘区域及后缘区域的径向刀路刀位点集；s5、在各所述刀位点集中的各刀位点处，将所述加工刀具几何体与所述叶片曲面进行干涉检查，并计算各所述刀位点集中的各刀位点对应的无干涉刀轴矢量；s6、将各所述刀位点集中的各刀位点与对应的无干涉刀轴矢量按照径向铣削加工的顺序依次连接，形成整体叶盘模型中叶片的前后缘径向铣削刀路。
7.作为优选的，获取在前缘区域的径向刀路刀位点集和在后缘区域的径向刀路刀位点集具体包括：基于所述uv坐标系，构建所述前缘区域刀路的等v参数线拉伸曲面、后缘区域刀路的等v参数线拉伸曲面和所述叶片的等u偏置线簇；将所述前缘区域刀路的等v参数
线拉伸曲面与叶片的等u偏置线簇求交，获得的交点为前缘区域径向刀路的刀位点集；将所述后缘区域刀路的等v参数线拉伸曲面与叶片的等u偏置线簇求交，获得的交点为后缘区域径向刀路的刀位点集。
8.作为优选的，构建所述前缘区域刀路的等v参数线拉伸曲面具体包括：a1、基于所述uv坐标系，获取所述前缘区域的v参数区间[v1,v2]，根据等距原则得到各刀路在所述前缘区域的v参数区间内的对应参数vk(v1≦vk≦v2,k∈[1,n])；a2、获取所述对应参数vk在叶片曲面中对应的等v参数线ck，并计算所述等v参数线ck的综合法向量nk；a3、将所述等v参数线ck沿着所述综合法向量nk拉伸，获得对应参数vk的等v参数线拉伸曲面；a4、依次对所述[v1,v2]内所有的对应参数执行步骤a2和a3，获得[v1,v2]内所有对应参数的等v参数线拉伸曲面；基于所有对应参数的等v参数线拉伸曲面构造得到所述前缘区域刀路的等v参数线拉伸曲面。
[0009]
作为优选的，构建所述叶片的等u偏置线簇具体包括：b1、在所述uv坐标系中选定一等u参数线，基于弦高误差控制法，确定各叶片在所述uv坐标系中按等u参数线离散的u参数序列us，其中，s表示离散的参数线数目；b2、从us中取ui(i∈[1,s])，获得等u参数线ci，按照弦高误差将等u参数线ci离散成点集；获取离散点集中所有点在叶片的法向，并根据所述法向计算所述离散点集中所有点对应的偏置点；b3、将等u参数线ci的离散点集的所有偏置点重新插值成曲线，获得等u参数线ci的偏置曲线coi；b4、依次对所述u参数序列us中的所有u值执行所述b2和b3，获得所有等u参数线的偏置曲线，将所有等u参数线的偏置曲线构造形成叶片的等u偏置线簇。
[0010]
作为优选的，从各所述叶片曲面中划分出叶盆区域、叶背区域、前缘区域和后缘区域，具体包括：基于所述uv坐标系，在叶片曲面中取一等u参数线，根据所述叶片曲面的曲率变化提取叶片曲面中前缘、后缘、叶盆和叶背的四个分界点p1、p2、p3、p4；将所述分界点p1、p2、p3、p4向叶片曲面投影，获得四个所述分界点在叶片上对应的v参数v1、v2、v3、v4；取依次对应v参数v1、v2、v3、v4的四条等v参数线，基于所述四条等v参数线将叶片曲面划分为叶盆区域、叶背区域、前缘区域和后缘区域四部分；定义前缘区域的v参数区间为[v1,v2]，后缘区域的v参数区间记为[v3、v4]。
[0011]
作为优选的，所述整体叶盘模型为igs或step格式。
[0012]
作为优选的，所述叶盘模型的叶盘曲面包括叶片曲面、轮毂曲面和围带曲面。
[0013]
一种叶片前后缘径向铣削刀路规划系统，其特征在于，包括：数据导入模块，其用于导入整体叶盘模型并设置叶盘模型中的叶片数目，所述数据导入模块在所述叶盘模型中的叶片曲面内建立uv坐标系；区域划分模块，其用于从各所述叶片曲面中划分出叶盆区域、叶背区域、前缘区域和后缘区域；刀具配置模块，其用于配置所述前缘区域和后缘区域的加工刀具，预设所述加工刀具的参数、前缘区域的刀路和后缘区域的刀路；刀位点集获取模块，其用于获取所述加工刀具在前缘区域径向刀路的刀位点集及在后缘区域径向刀路的刀位点集；铣削刀路形成模块，其用于计算各所述刀位点集中的各刀位点对应的无干涉刀轴矢量，并根据所述无干涉刀轴矢量构造整体叶盘中叶片的前后缘径向铣削刀路。
[0014]
作为优选的，所述加工刀具的参数包括半径r、进给f和转速s。
[0015]
一种计算机可读存储介质，其中存储有指令，所述指令被处理器执行时，执行所述的叶片前后缘径向铣削刀路规划方法。
[0016]
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0017]
1、本发明基于离散参数线偏置法，能够获取加工刀具在前缘区域及后缘区域的径向刀路刀位点集，避免了传统的叶片曲面偏置，使得叶片前后缘径向铣削刀路更加光顺，便于后续进一步加工。
[0018]
2、本发明在各刀位点集中的各刀位点处，将加工刀具的几何体与叶片曲面进行干涉检查，基于二分迭代法计算各刀位点集中的各刀位点对应的无干涉刀轴矢量，得到无干涉刀轴，形成叶片前后缘径向铣削刀路，从而提高了后续的铣削加工精度。
附图说明
[0019]
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，其中：
[0020]
图1为本发明的刀路规划方法流程示意图；
[0021]
图2为本发明整体叶盘模型的结构示意图；
[0022]
图3为本发明叶片曲面的前缘区域和后缘区域划分示意图；
[0023]
图4为本发明等v参数线拉伸曲面和叶片的等u偏置线簇求交示意图。
[0024]
说明书附图标记说明：10-叶片曲面，20-围带曲面，30-轮毂曲面，40-叶盘回转轴，101-前缘区域，102-后缘区域，103-刀位点，104-等v参数线拉伸曲面，105-叶片的等u偏置线簇。
具体实施方式
[0025]
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。
[0026]
参照图1-图4所示，本发明公开了一种叶片前后缘径向铣削刀路规划方法，参照图1所示，主要包括以下步骤：
[0027]
步骤一、导入整体叶盘模型，设置叶盘模型中的叶片数目为m，整体叶盘模型为igs或step格式。指定整体叶盘模型的相关特征，选择相应的曲面并分别定义为：叶片曲面10、轮毂曲面30和围带曲面20。获取叶盘模型中的叶片曲面10，并在上述叶片曲面10中建立uv坐标系，规范叶片的u、v参数方向，记叶片的u参数区间为[umin,umax]，叶片的v参数区间为[vmin,vmax]。
[0028]
步骤二、参照图2所示，从各叶片曲面10中划分出叶盆区域、叶背区域、前缘区域101和后缘区域102。
[0029]
具体为：(1)基于uv坐标系，在叶片曲面10取一条等u参数线(如u＝umax)，根据叶片曲面10的曲率变化提取叶片曲面10中的前缘、后缘、叶盆和叶背的四个分界点p1、p2、p3、p4。
[0030]
(2)将四个分界点p1、p2、p3、p4向叶片投影，获得四个分界点在叶片上对应的v参数v1、v2、v3、v4。
[0031]
(3)取依次对应v参数v1、v2、v3、v4的四条等v参数线，基于上述的四条等v参数线，将叶片曲面10划分为叶盆区域、叶背区域、前缘区域101和后缘区域102四部分。其中，参照图3所示，定义叶盘回转轴40负方向的边缘曲面为前缘区域101，前缘区域101的v参数区间
记为[v1,v2]，回转轴正方向的边缘曲面为后缘区域102，后缘区域102的v参数区间记为[v3、v4]。
[0032]
步骤三、设置上述前缘区域101及后缘区域102的加工刀具，预设加工刀具的参数、前缘区域101和后缘区域102的刀路数目。设定加工刀具的半径设为r，设定加工刀具的刀路数目为n。
[0033]
步骤四、基于离散参数线偏置法，以及预设的前缘区域101和后缘区域102的刀路数目，进一步获取加工刀具在前缘区域101的径向刀路刀位点集及在后缘区域102的径向刀路刀位点集。
[0034]
参照图4，具体为：基于uv坐标系，构建前缘区域刀路的等v参数线拉伸曲面104、后缘区域102刀路的等v参数线拉伸曲面和叶片的等u偏置线簇105。将前缘区域刀路的等v参数线拉伸曲面104与叶片的等u偏置线簇105求交，获得的交点为前缘区域径向刀路的刀位点集，将后缘区域102刀路的等v参数线拉伸曲面与叶片的等u偏置线簇105求交，获得的交点为后缘区域102径向刀路的刀位点集。
[0035]
其中，构建前缘区域101刀路的等v参数线拉伸曲面104具体包括以下方法：
[0036]
(a1)基于上述的uv坐标系以及前缘区域101的v参数区间[v1,v2]，根据等距原则得到各刀路在前缘区域101的v参数区间内的对应参数vk(v1≦vk≦v2,k∈[1,n])。
[0037]
(a2)从叶片曲面10获得对应参数vk在叶片曲面10中对应的等v参数线ck，将等v参数线ck离散为若干点，并获取各点在叶片的法向矢量，矢量相加之和作为该等v参数线的综合法向nk。
[0038]
(a3)将等v参数线ck沿综合法向量nk拉伸，获得参数vk对应的等v参数线拉伸曲面104。
[0039]
(a4)依次对前缘区域101的v参数区间[v1,v2]内所有的对应参数执行步骤a2和a3，获得[v1,v2]内所有对应参数的等v参数线拉伸曲面104，基于所有对应参数的等v参数线拉伸曲面104构造得到所述前缘区域101刀路的等v参数线拉伸曲面104。
[0040]
其中，后缘区域102刀路的等v参数线拉伸曲面的构造方法与上述前缘区域101刀路的等v参数线拉伸曲面104的构造方法一致，此处不再赘述。
[0041]
进一步地，构建上述叶片的等u偏置线簇105具体包括以下步骤：
[0042]
(b1)在uv坐标系中选定一等u参数线，根据弦高误差控制方法，确定各叶片在uv坐标系中按等u参数线离散的u参数序列us，其中，s表示离散的参数线数目。
[0043]
(b2)从us中取ui(i∈[1,s])，获得等u参数线ci，按照弦高误差将等u参数线ci离散成点集，对该等u参数线ci的离散点集的所有点p，取其在叶片的法向并记为n，计算对应的偏置点p
offset
＝p r
×
n。
[0044]
(b3)将等u参数线ci的离散点集的所有偏置点p
offset
重新插值成曲线，获得等u参数线ci的偏置曲线coi。
[0045]
(b4)依次对u参数序列us中的所有u值执行b2和b3，获得所有等u参数线的偏置曲线，将所有等u参数线的偏置曲线构造形成叶片的等u偏置线簇105。
[0046]
步骤五、在各刀位点集中各刀位点103处，将刀具几何体与叶片曲面10作干涉检查，在初始刀轴的基础上取径向刀路前一个刀位点103的刀轴，按二分法迭代计算各刀位点103对应的无干涉刀轴矢量。
[0047]
步骤六、将各刀位点集中的各刀位点103与对应的无干涉刀轴矢量按照径向铣削加工的顺序依次连接，形成整体叶盘中叶片的前后缘径向铣削刀路。
[0048]
此方法基于离散参数线偏置法构造前缘区域101及后缘区域102的径向刀路刀位点集，改善径向铣削刀路的光顺性；基于无干涉刀轴矢量，进一步构造叶盘中叶片的前后缘径向铣削刀路，提高了加工精度。
[0049]
基于上述的叶片前后缘径向铣削刀路规划方法，本发明还提出了一种叶片前后缘径向铣削刀路规划系统，以提高铣削刀路的光顺性，提高了加工精度。
[0050]
上述叶片前后缘径向铣削刀路规划系统包括：数据导入模块、区域划分模块、刀具配置模块、刀位点集获取模块和铣削刀路形成模块。
[0051]
数据导入模块，其用于导入整体叶盘模型并设置叶盘模型中的叶片数目，数据导入模块在叶盘模型中的叶片曲面10内建立uv坐标系。
[0052]
区域划分模块，其用于从各叶片曲面10中划分出叶盆区域、叶背区域、前缘区域101和后缘区域102。
[0053]
刀具配置模块，其用于配置前缘区域101和后缘区域102的加工刀具，预设加工刀具的参数、前缘区域101的刀路和后缘区域102的刀路。其中，加工刀具的参数包括半径r、进给f和转速s。
[0054]
刀位点集获取模块，其用于获取加工刀具在前缘区域101径向刀路的刀位点集及在后缘区域102径向刀路的刀位点集。
[0055]
铣削刀路形成模块，其用于计算各刀位点集中的各刀位点103对应的无干涉刀轴矢量，并根据无干涉刀轴矢量构造整体叶盘中叶片的前后缘径向铣削刀路。
[0056]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有指令，指令被处理器执行时，执行上述的叶片前后缘径向铣削刀路规划方法。
[0057]
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。