基于控制线的开式整体叶盘叶片四轴数控加工刀轴控制方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaAug．252012V01．33No81515·1523ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb，buaa，edu．Ci3hkxb@buaa．edu．crl文章编号：1000—6893(2012)081515-09基于控制线的开式整体叶盘叶片四轴数控加工刀轴控制方法任军学*，杨大望，姚倡锋，田荣鑫，谢志丰西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安710072摘要：针对开式整体叶盘叶片数控加工

2、中存在的干涉及川轴变化稳定性问题，提出了一种基于刀轴控制线的四轴刀轴欠馈控制方法。阐述了基于刀轴控制线的四轴刀轴控制基本原理．通过对四轴无jf二涉刀轴摆动区间的计算．建立了四轴无f：涉刀轴控制面；根据控制线堆成准则．给出了在刀轴控制面上乍成刀轴控制线的具体算法。实验验证表明，该方法小仪可解决开式橙体ut。盘叶片加工中的刀具干涉J、口】题．而n有效避免了刀轴突变引起的叶片啃伤现象，明显提高J，叶片表面的加T质蜒。关键词：计算机辅助制造；开式整体叶盘；四轴数控JJ【

3、T；无干涉刀轴摆动区间；控制线；刀轴控制中图分类号：

4、V261文献标识码：A开式整体叶盘是现代高推重比航空发动机采用的新结构¨J，如图l所示，该结构具有提高推重比、改善气动性能、延长转子使用寿命和提高可靠性等优点[2。。开式整体叶盘叶片型面一般为空间自南曲面，叶片之间相互遮掩，通道约束多。因此，其加工一般采片j五轴联动数控机床球头刀行切完成‘“。图1歼式整体叶盘结构示意图Fig．1Structurediagramofopenblisk五轴数控机床加工成本相对四轴机床较高，且随着数控机床的轴数增加，机床的刚性和稳定性会降低o“一。根据开式整体叶盘通道结构，在叶片弯扭程度

5、不是过大、长度不是过长的情况下，大多数开式整体叶盘可以采用四轴联动机床从叶尖到叶根行切完成加工。因此，在满足加工要求的前提下，应该优先选用四轴联动机床完成加工。在曲面的四轴联动加工中，确定刀轴欠量时采用较多的方法是将曲面切触点处的法矢投影到与旋转轴垂直的平面上，然后再按右手螺旋定则把投影后的矢量绕旋转轴旋转一个指定角度A⋯。所得欠量即为四轴刀轴矢量¨⋯。这种方法因为简单灵活，在开敞性好的曲面零件加工中获得了比较多的应用。但开式整体叶盘通道狭窄、叶片型面曲率变化较大，刀轴的无十涉区域范围较小，这种刀轴计算方法往往难以

6、有效解决整体11f．盘叶片加工中的刀轴欠量控制问题。一方收稿日期：2011-10-18；退修日期：2011—11-14；录用日期：2011．12—30；网络出版时间：2012—02-0109：42网络出版地址：WWWcnkinel／kcms／detail／111929V．201202010942005htmI基金项目：国家自然科学基金(50975237．51005184)；国家科技重人专项(2009ZX04014-053)*通讯作者Tel：029·88495232E-mail：rjxl968@nwpu．edu．cn

7、弓l用榕武{RenJX．YangDW．YaoCF．etalAcutter-axisvectorcontrolmethodforopenblisk4-axisNCmachiningbasedonthecontrolcurve，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2012．33(8)i1515-1523詹军学．扬天望．雠倡华．等．基于控制捌的矛式墼茚叶盘叶日西轴虢控如I乃轴经戳专法。靛空学摄．2012．33(8)：1515．、s23航空学报面，在叶片的加工过程中，随着加工深度由叶尖向

8、叶根的不断增加，常会出现无论怎样调整旋转角度A。。，在同一切削行内都无法避免刀具与被加工叶片或相邻叶片干涉的现象；另一方面，该方法生成的刀轴矢量完全依赖于叶片曲面自身的性质，当叶片曲面不光顺时，相邻刀位点之问生成的刀轴矢量往往变化剧烈，或发生旋转坐标轴频繁正反转现象。以上两种现象常会使得切削力突变而引起叶片颤振或机床出现抖动，致使叶片局部啃伤并带来机床运动学非线性误差[8。9j，从而影响叶片型面的加工精度和表面质量。在多轴加工刀轴控制方面，国内外学者开展了大量的研究。Castagnetti等u叫提出了一种基于可达锥

9、的刀轴矢量生成方法，该方法首先在零件坐标系下计算可达锥，然后将其变换到加工坐标系下，最后在加工坐标系下依据可达锥计算优化的刀轴矢量，以使机床各旋转轴的运动量最小；Jun等口¨提出了一种C—space的刀轴矢量生成和优化方法，有效解决了最小残留高度和加工表面误差控制问题；Bi等口胡提出了一种基于图形处理器(GPU)的无干涉刀轴矢量计算方法，该方法是一种基于计算