基于UG的整体叶轮五轴加工的刀轴矢量控制

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1、2008中德制造技术论文集基于UG的整体叶轮五轴加工的刀轴矢量控制赵灿孙剑峰布光斌(1黑龙江科技学院机械工程学院，黑龙江哈尔滨150027)摘要：叶轮加工过程中叶片对刀具的干涉和多轴联动加工过程中刀轴的不均匀变化引起的啃切是影响加工的主要问题．本文采用uG软件对叶片加工的刀位轨迹进行规划；对无干涉刀轴制的算法进行了阐述并将其应用；针对叶片边缘法矢不连续的特点应用四元线性插值法对刀轴矢量进行优化．最后综合采用上述方法进行了实验，加工出合格的产品。验证了该刀位轨迹规划法的可行性．关键词：叶轮；刀位规划：防干涉；线性插值Five-axismachiningtoolvectorcon

2、trolofimpellerbasedonUGZhaoCan，SunJianfeng，BuGuangbin(1CollegeofMechanicalEngineering,Heilon百iangcollegeofScienceandTechnology,Harbin,150027)Abstract：Therea托twok=yproblemsinthemanufactureprocessofimpeller,呲isthecollisionoftoolandblade,fileotherisgnawed-cuttingarisenbynon-uniformchangeofthec

3、ureraxis．UG30nⅥ儡托wasusedtOOsolvethoseproblems．TooltippositionwassolvedbyUGThecontrolalgoridamofcollision-freecutter-axiswasdescribedandapplied．Thequatemioniclinearinterpolationmethodwasusedtomakenormalvocl60rofbladechangingcontinuous,SOthecuRer-axisvectorwasoptimized．Thesemethodsweresynthet

4、icalusedinthemanufactureexp翻mcntTheimpellerproducedbyitwasqualified．ItindicatedthatthetoolpathplanningⅥ憾feasible．．Keywords：impelleC,tool-pathplanning；collision-flee；linearinterpolationl引言整体叶轮是叶轮机的关键部件，它在能源动力、航空航天、石油化工、冶金等行业中均有广泛应用。其质量直接影响发动机的空气动力性能和机械效率。由于叶片型面扭曲且相临叶片间距离狭窄，加工过程中极易发生干涉现象，甚至造成

5、机床的损毁；同时由于约束条件较多，自动生成无干涉刀位轨迹较困难，也给刀轨规划增加了难度，规划的合理将有助于提高加工效率、延长刀具寿命和改善工件表面质量。至今仍为国内外许多学者研究的热点【l卅。叶片前后缘头有两个特点：薄壁和曲率变化剧烈。这两个特点构成了缘头加工的特殊性。缘头部分曲率有一个剧烈的变化过程，在螺旋加工中刀轴需要转过180度左右的角度。此时，相邻两个刀位点刀轴之间的夹角比叶身部分增大许多，并可能参差不齐，由此引起刀轴晃动，最后发生啃切，在叶片表面产生竖纹或凹坑并伴随着振动现象的发生，严重影响表面质量例，如图l所示。如何使刀轴矢量变化连续这是叶轮在五轴加工过程中的难点

6、。为此，本文提出了一种防干涉的刀轴控制算法并解决了由于叶片扭曲而造成刀轴法矢不连续的问题，最后给出了某叶轮叶片精铣刀位轨迹规划的实例。+黑龙江省振兴老工业基地教育厅重点资助项目(项目编号11519zd20)1452008中德制造技术论文集圈目1”H∞mT*m2刀轴的矢量控制21防干涉刀轴矢量控制理论气流通道狭窄，在叶轮加工过程中旋转轴避免与表面发生干涉是刀轴矢量控制的芙键。在不发生干涉的情况下确定前置角和侧倾角是刀轴矢量控制的主要目标㈣。为了确定无干涉区域，把局部坐标系的原点定在刀具与上什表面的接触点上R(u，v1，互，轴是刀具路径的切线方向，z。是接触点的法矢方向，如图2所

7、示。假设点只为刀具接触点由于球头铣刀在切削过程中当刀具方位改变后球头的形状并不改变，因此，我们将球头铣刀放在接触点上，通过刀轴来检铡是否发生干涉现象。目2*接触点白勺月∞±标系in目在墨一五所确定的平面中．刀具轴的方位与接触点只的法矢相同t刀具中心离原点的距离为刀具半径R。因此，某个干涉点和球头铣刀在‘一zL平面的切线可以用于区分干涉区域和不干涉区域·如图3，假设有在‘一Z￡平面有两处加_【表面可能引起干涉t在某干涉点刀具和K轴的夹角可以表示为：蛾)2=凡2％(7)pj，=，Z—yF+y2口一y同”丽I