复杂通道类零件五轴加工刀轴规划.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252014V01．35No．92641—2651ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaaedu．cadoi：10．7527／81000—6893．2013．0486复杂通道类零件五轴加工刀轴规划李祥宇1，任军学1～，梁永收1，田荣鑫1，李垒栋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，陕西西安7100722．北京动力机械研究所，北京100074摘要：

2、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。首先，通过对刀轴可行空间的均匀离散，建立一种高效求解刀轴可行空间精细边界的方法；然后，依据刀轴矢量规划准则，求解满足机床角加速度约束的可行刀轴序列集合，并提出一种切削行内旋转坐标线性变化的刀轴矢量规划方法；最后，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，并与典型的商用软件进行了实验对比验证。结果表明．使用本文提出的刀轴规划方法得到的切削行刀位轨迹旋转坐标变化均匀，旋转轴角加速度最大值降低到商用软件的10％以下，残留高度平均值降低了

3、22％．改善了切削过程的稳定性，提高了加丁表面质量。关键词：计算机辅助制造；复杂通道；五轴加工；刀轴规划；刀轴可行空间；加丁稳定性中图分类号：V261．2；0123．5文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)09—264l-11叶轮、闭式整体叶盘等复杂通道类零件广泛应用于航空发动机中，其结构如图1所示。这类零件的叶片多为自由曲面，叶片扭曲较大，叶片间相互遮掩，通道狭窄弯曲，在进行数控加工刀位轨迹规划时，很容易产生刀具与零件的干涉。其加工难度大、加工效率较低，是五坐标数控加工领域研究的热点和难点u“。使用商用

4、软件规划刀位轨迹时，刀轴矢量往往取决于被加工叶片的曲面性质，相邻刀位点之间的刀轴矢量变化不均匀，会堕!e1一、qSuctionsurfac习图l复杂通道类零件结构Fig．1Structureofcomplexchannelparts使得五坐标数控机床工作台的回转或主轴的摆动突然变快或变慢，引起加工过程中切削力突变，轻则造成被加工零件表面质量降低或啃伤，重则会导致刀具损坏，甚至损伤零件。因此，在进行复杂通道类零件刀位轨迹规划时，需要在非干涉区域收稿日期：2013—10—18；退修日期：2013—11—05；录用日期：201

5、3—12．05；网络出版时间：2013—12—1913：15网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V201312191315005．htmI基金项目：国家科技重大专项(2013ZX04011031)；国家自然科学基金(51005184．51375393)；航空科学基金(2012ZE53061．2013ZE53060)*通讯作者Tel：029—88495232E-mail：rjxl968@nwpu．educn韵角格式lLiXY，RenJX．LiangYS．etalToolaxisplan

6、ningforfive—axismachiningofcomplexchannelpartsEJ2．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(9)：2641-2651李祥字．任军学．粱永牧．等．复杂通道类零件五轴加I刀轴规划!J]．航空学按，2014，35(9)：264I-2657航空学报Sep．252014Vol35No．9内合理规划刀轴矢量，控制和匀化刀轴变化幅度，提高加工过程中的机床稳定性，从而提高零件表面加工质量。在机床工作空间范围内，加工时应当保证所规划刀轴方向下刀

7、具(包括刀柄部分)不与约束几何(包括零件、夹具等)发生干涉，满足不干涉条件的所有刀轴方向即构成刀轴可行空间(FeasibleSpaceofToolAxis，FSTA)。目前，刀轴规划常采用在刀轴可行空间内，按照不同的优化准则确定性能比较好的刀轴矢量，这种方法具有较好的通用性。在求解刀轴可行空间时，主要考虑局部干涉、后角干涉和全局干涉[3]。局部干涉及后角干涉的判断可以通过研究切触点处的刀具与加工曲面间的微分几何特性较好解决[4’5]。而全局干涉判断是研究刀具与约束几何的宏观空间位置关系，由于约束几何形状的复杂性及两者空间

8、位置的任意性，全局干涉判断没有比较通用且快速易实现的几何判定规则，这也是复杂通道类零件多轴加工刀轴规划的难点。常用的全局干涉判断方法有包围盒方法[6]和可视锥方法[7_8

9、。彭芳瑜等[91构建了一种基于动态有向包围盒层次树的检测算法，通过包围盒分组以及运动趋势判断，提高了全局干涉碰撞检测算法的效率。丁汉和朱利民[1叩