摘要:为实现自主开发叶轮数控加工CAD/CAM 软件,提出了干涉检验及刀位修正算法。通过分析刀具与叶轮曲面的相对位置关系,将干涉分为三种类型。针对不同的干涉类型提出了相应的检查及修正方法。最后给出仿真实例以验证该算法的有效性。 `4~H/'%QB
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1 引言 .3MIcj=p
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叶轮是透平机械的关键部件,其数控加工一直是研究的焦点。由于目前国内还没有比较成熟的且适应性强的CAD/CAM 系统,因此,绝大多数生产叶轮的厂家还依靠从国外进口的软件来完成其多坐标数控加工。进口软件不仅价格昂贵,要花费大量的外汇,而且软件是封闭的运行模块,其难点和一些关键问题的技术资料很难获得,因此,不能根据实际情况进行修改和开发,严重阻碍了新产品的研制。 uECsh2Uin
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近年随着机械、航天航空工业的迅速发展,对于提高叶轮类零件的加工质量和精度方面的要求愈益迫切,开发自主的CAD/CAM 软件势在必行,为此很多研究人员进行了这方面的研究工作,但对数控加工中的干涉检查这个关键性问题的研究所见资料甚少。北京航空航天大学工学吴明的博士学位论文《叶轮、叶片类零件几何设计和数控加工》采用离散三角片的方法进行了干涉分析,计算量较大,且研究不全面,对相邻叶片与刀具之间的干涉未作分析。在整体叶轮的数控加工过程中,刀具的工作空间受到叶轮结构的严格限制,干涉现象比加工自由曲面要复杂的多。本文针对整体叶轮的特点,在分析干涉类型的基础上,提出了一套适用于多坐标数控加工的干涉检查方法。 q2et|QCru
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2 干涉类型 gR}35:$Z-
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整体叶轮是指轮毂和叶片在一个毛坯基体上。加工叶轮叶片曲面时,除了刀具与被加工叶片之间发生干涉外,由于相邻叶片间的空间较小,刀具极易与相邻叶片发生干涉。在实际加工中,叶片曲面是用坐标点的方式给出,计算刀位时需将曲面进行离散化处理。由于一般采用球头锥形铣刀,因此,可将曲面离散成点列。每个点的信息将以结构的形式给出,包含排列的序号、点的坐标、所在点的单位表面法矢,点之间以单项链表的方式给出。 /)>s##p*
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本文所讨论的干涉是指啃切干涉,即刀具切入曲面上应该保留的部分。在用铣刀加工叶片中,将刀具置于接触点处曲面的切平面上的方位作为刀具的初始位置。如图1所示为铣刀加工整体叶轮的情况。从刀具与各叶片曲面间的相对位置关系的角度考虑,可将干涉分为三种类型:第一种为铣刀与自身叶片叶顶之间的干涉:第二种为铣刀与相邻叶片叶顶之间的干涉:第三种为铣刀与被加工区域周围邻近点之间的干涉。如果通过了这三种类型的干涉检查,就可以不必对整个叶片曲面的点进行干涉验证,从而大大减少计算量。 g=$1cC+(
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1.轮毂 2.叶片 3.刀具 %Pqf{*d8
图1 整体叶轮加工情况 C,.Ee3T
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3 干涉检查及刀位调整 ?:L:EW8
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1) 刀具与自身叶片叶顶之间的干涉 T
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叶轮曲面采用NURBS方法离散后可用S(u,v)={x(u,v),y(u,v),z(u,v)}来表示,u∈(0,1),v∈(0,1)。因此,这类干涉只需判断叶片曲面叶顶所对应的v=0的那条参数线上的各点到刀具轴线之间的距离e,如图2所示。若距离大于刀具的有效半径,则不发生干涉:若距离小于刀具的有效半径,则发生干涉。所谓的刀具有效半径,指的是相对于叶顶处的刀具半径。距离e为 Y]3>7q%
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