整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成.pdf

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1、·电气技术与自动化·修春松，等·整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成整体叶轮技形刀五坐标数控加工刀位轨述生成修春松，安鲁陵，戚家亮(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：研究了用鼓形刀具进行整体叶轮五坐标数控加工的编程技术。根据鼓形刀具的几何特点，设计了一种无干涉的鼓形刀刀位轨迹生成算法，开发出整体叶轮五坐标数控加工程序生成功能模块。通过算例，证明设计的鼓形刀无干涉刀位轨迹算法是切实可行的，与球头刀相比，对于同样的残留高度，可以增大加工行距，使刀轨长度变短，可提高整体叶轮数控加工的效率。

2、关键词：整体叶轮；鼓形刀；数控加工中图分类号：TG659；V232．4文献标志码：B文章编号：1671-5276(2011)04-0165-04TO0lPathStrategyforIntegratedImpellerUsingBarrelCutterin5一axisNCSystemXIUChun—song，ANLu-ling，QIJia—liang(CollegeofMechanicalandElectricalEr~neenng，Nanjingl岫ofAe1auficsandAstronautics，N

3、anjing210016，(；him)Abstract：Thispaperresearchesontheprogrammingtechnologiesof5-axisNCmillingwhichisusedtocutintegratedimpelerbybarrelcutter，designsthemethodwhichthetoolpathwithnoninterferencecanbegeneratedbyanddevelopsaCNCmachiningprocessbasedon5-axisNCmac

4、hiningsystem．Experimentsshowthatthemethodofnoninterferenceforbarrelcuterisachievable．Comparedwithballendmillintheconstantscalop·height，theprocessinglinewidthisamplified，thelengthoftoolpathisshortened，soitcanimprovetheeficiencyoftheactualmachiningprocess．Ke

5、ywords：integratedimpeller；barrelcuter；NCmachining发生碰撞干涉的叶片曲面，在生成高效的无干涉刀位轨迹0引言方面具有相当的灵活性。作为航空发动机的关键部件，整体叶轮广泛应用于航1鼓形刀几何参数的确定天航空等领域，其数控加工品质直接影响发动机的动力性能和机械效率。因此，加工出高品质的整体叶轮成为采用鼓形刀具数控加工叶片曲面时，合理设计鼓形刀国内外重点研究课题之一。高性能整体叶轮由于叶片型的几何参数是避免鼓形刀具和叶片曲面之间发生局部干面复杂，导致刀位计算和无干涉刀

6、轴矢量的计算都有一定涉的前提之一。本文以具有单一曲率的鼓形刀具为对象的难度。主要表现在：1)整体叶轮叶片曲面造型复杂，多进行研究，与球头刀相比，切削刃部分的曲率可以设计得由非可展直纹面和自由曲面组成，一般需要五轴联动数控更大。这样，对于同样的残留高度，可增大加工行距，使总机床加工。2)整体叶轮结构复杂，叶片扭曲度大，流道的刀具轨迹长度变短，从而可以提高整体叶轮的数控加工深，相邻叶片的间距较小，整体叶轮加工除了要考虑刀具效率。与被加工叶片曲面之间可能发生的干涉以外，还必须考虑鼓形刀几何参数确定的原则是：能够保

7、证鼓形刀和被刀具与相邻叶片曲面发生干涉的情况。加工曲面相接触的同时，存在一个姿态使得鼓形刀和被加国内外学者整体叶轮数控加工的刀具轨迹规划方面工对象不发生局部干涉。做了大量的工作引，其中绝大部分刀位轨迹规划算法都如图1所示，鼓形刀鼓形最大旋转半径为R，鼓形刀是针对球头刀而提出，随着现代生产对曲面的加工品质和母线的曲率半径为R，鼓形刀沿轴向长度为￡。设鼓形加工效率的要求越来越高，传统的球头刀加工已远远不能刀和整体叶轮叶片曲面在P点接触，／7,为叶片曲面在P满足加工要求。近年来采用具有非球头刀加工整体叶轮点的单位

8、法向矢量。设叶片曲面在P处对应的两个主曲开始受到重视。文献[4]中基于鼓锥形刀的等残留高度率方向的单位矢量为e1和，叶片曲面在P点以弧长参提出了刀具轨迹的计算方法，表明在同等加工条件下，利数形式r(b表示，(e1，e2，)构成接触点P处的局部坐用鼓锥形刀比用球头刀加工整体叶轮的效率可显著提高。标系。将鼓形刀中心点定位在沿单位法矢n，与P点与球头刀具相比，鼓形刀具的曲率可以很大，还可设距离为R的偏置点上；在P处的局