高缠绕叶轮流道4﹢1轴高效分段开槽方法.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252015V01．36No．51684-1694ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca高缠绕叶轮流道4+1轴高效分段开槽方法韩飞燕1，张定华1，吴宝海1’*，罗明1，张晓东1’21．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，西安7100722．西安航空动力控制科技有限公司，西安710077摘要：高缠绕叶轮流道的高效粗加工是提高整个叶轮加工效率和缩短生产周期的关键

2、。针对高缠绕叶轮流道的粗加工，提出了一种4+1轴高效分段开槽方法。首先，给出了分段开槽加工方法的基本概念，并分析了高缠绕叶轮流道加工特点；然后，结合机床结构特征，给出了五轴机床在主轴摆角固定为常值时切削点处单点最大刀具尺寸的计算方法；基于各切削点加工特征参数的分析，采用聚类算法进行了叶轮流道加工分段区域的划分；最后，确定了各分段区域的可加工刀具尺寸和4+1形式的刀轴矢量。算例分析表明，提出的4+1轴分段开槽方法得到的开槽轨迹旋转轴变化均匀，材料去除量较传统开槽方法增加了32．5％，改善了切削过程稳定性，提高了叶轮的粗加工效率。关键词：叶轮；4

3、+1轴加工；刀轴矢量；最大可加工刀具；分段开槽中图分类号：V261文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)05—1684—11高缠绕叶轮主要应用在航空发动机燃油控制系统，其叶片稠度大、空间形状复杂、加工难度高、需求数量大，它的加工效率对整个航空发动机的生产周期有着重要的影响。目前国内外对高缠绕叶轮的加工大多采用五轴联动的方式。但是五轴机床由于自由度的增加导致刀轴控制复杂度提高，这使得在刀具伸入叶轮的长度较大、刀具与流道两侧叶片极易干涉的叶轮流道加工中无干涉的五轴刀轴不容易获得。在实际加工中，为了有效地避免干涉往往选用小刀具进行加

4、工，而叶轮的加工余量绝大部分需要在流道开槽粗加工阶段完成，因此选用小刀具加工会导致开槽粗加工的效率低下。所以，如何选用大刀具并且获得无干涉的刀轴矢量是高缠绕叶轮流道五轴高效开槽加工的关键。针对多轴加工的刀轴控制问题，国内外众多学者进行了大量的研究工作，主要有2种方法，一种是在刀轴可行空间中规划刀轴矢量口巧]，另一种是先生成刀轴矢量再进行调整[6。8]。第1种方法是首先在离散的刀位点处计算刀具的无干涉方向(即可达方向锥)，然后在可达方向锥中选择出可行方向锥，再从中规划刀轴矢量。这种方法的难点在于刀具可行空间的计算，目前主要采用C空间法[1’21

5、和可视锥法[3巧1实现。第2种方法的实现需要对每个刀位点处调整后的刀轴进行干涉判断与修正，大大增加了计算量。在可行空间中实现刀轴光顺控制方面，李祥宇等[91针对复杂通道类零件的五轴数控加工，提出一种控制刀轴稳定变化的刀轴规划方法。该方法通过建立刀轴变化和残留高度综合评价指标，得到优化的刀轴矢量。收稿日期：2014一06-27；退修日期：2014-07—17；录用日期：2014-08-08；网络出版时间：2014-08-2608：36网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000—6893．2014．

6、0182．htmI基金项目：国家科技重大专项(2013ZX04011031)；高等学校学科创新引智计划(B13044)；西北工业大学基础研究基金(JCY2013们21)*通讯作者．Tel．：029．88493232-411E-mail：wubaohai@nwpu．edu．crt戤用格武

7、HanFy．ZhangDH，WuBH，etal．High-efficiencysection-by-sectionslottingmethodfor44-l-axisNOmachiningofhigh-wrapimpellerchannelEJ3．ActaAe

8、ronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(5)：1684．1694．韩飞燕，张定华．吴宝海，等．高缠绕叶轮流道44-1轴高效分段开槽方法!J]．航空学报。2015．36(5)：1684-1694．韩飞燕等：高缠绕叶轮流道4+1轴高效分段开槽方法Ren和Hou[1叩针对叶轮五轴数控加工刀位轨迹生成过程的刀具干涉问题，提出采用C空间法解决干涉现象。该方法将刀心点位置作为约束条件，采用2个角度参数来描述刀具姿态，生成了无干涉的刀位轨迹，提高了叶轮的加工质量和效率。针对多轴加工的刀具尺寸选择问题，许多学者也进行了大量

9、研究工作，Edalew等nu建立了一个刀具选择的流程，开发了一种基于程序的动态系统，能够使用数学模块和启发式数据来计算加工参数和成本。Jensen等[121提出一种