摘要：為實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)葉輪數(shù)控加工CAD/CAM 軟件，提出了干涉檢驗(yàn)及刀位修正算法。通過分析刀具與葉輪曲面的相對(duì)位置關(guān)系，將干涉分為三種類型。針對(duì)不同的干涉類型提出了相應(yīng)的檢查及修正方法。最后給出仿真實(shí)例以驗(yàn)證該算法的有效性。
H~P"uYKIZ <XHS@ | 1 引言
G2,r %|7ta k<M~co;L 葉輪是透平機(jī)械的關(guān)鍵部件，其數(shù)控加工一直是研究的焦點(diǎn)。由于目前國(guó)內(nèi)還沒有比較成熟的且適應(yīng)性強(qiáng)的CAD/CAM 系統(tǒng)，因此，絕大多數(shù)生產(chǎn)葉輪的廠家還依靠從國(guó)外進(jìn)口的軟件來完成其多坐標(biāo)數(shù)控加工。進(jìn)口軟件不僅價(jià)格昂貴，要花費(fèi)大量的外匯，而且軟件是封閉的運(yùn)行模塊，其難點(diǎn)和一些關(guān)鍵問題的技術(shù)資料很難獲得，因此，不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和開發(fā)，嚴(yán)重阻礙了新產(chǎn)品的研制。
_ >moza .u_k?.8| 近年隨著機(jī)械、航天航空工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)于提高葉輪類零件的加工質(zhì)量和精度方面的要求愈益迫切，開發(fā)自主的CAD/CAM 軟件勢(shì)在必行，為此很多研究人員進(jìn)行了這方面的研究工作，但對(duì)數(shù)控加工中的干涉檢查這個(gè)關(guān)鍵性問題的研究所見資料甚少。北京航空航天大學(xué)工學(xué)吳明的博士學(xué)位論文《葉輪、葉片類零件幾何設(shè)計(jì)和數(shù)控加工》采用離散三角片的方法進(jìn)行了干涉分析，計(jì)算量較大，且研究不全面，對(duì)相鄰葉片與刀具之間的干涉未作分析。在整體葉輪的數(shù)控加工過程中，刀具的工作空間受到葉輪結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格限制，干涉現(xiàn)象比加工自由曲面要復(fù)雜的多。本文針對(duì)整體葉輪的特點(diǎn)，在分析干涉類型的基礎(chǔ)上，提出了一套適用于多坐標(biāo)數(shù)控加工的干涉檢查方法。
/@H2m\vBX !^|%Z 2 干涉類型
$qx&\@O yeCR{{B/' 整體葉輪是指輪轂和葉片在一個(gè)毛坯基體上。加工葉輪葉片曲面時(shí)，除了刀具與被加工葉片之間發(fā)生干涉外，由于相鄰葉片間的空間較小，刀具極易與相鄰葉片發(fā)生干涉。在實(shí)際加工中，葉片曲面是用坐標(biāo)點(diǎn)的方式給出，計(jì)算刀位時(shí)需將曲面進(jìn)行離散化處理。由于一般采用球頭錐形銑刀，因此，可將曲面離散成點(diǎn)列。每個(gè)點(diǎn)的信息將以結(jié)構(gòu)的形式給出，包含排列的序號(hào)、點(diǎn)的坐標(biāo)、所在點(diǎn)的單位表面法矢，點(diǎn)之間以單項(xiàng)鏈表的方式給出。
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az:N 6u 本文所討論的干涉是指啃切干涉，即刀具切入曲面上應(yīng)該保留的部分。在用銑刀加工葉片中，將刀具置于接觸點(diǎn)處曲面的切平面上的方位作為刀具的初始位置。如圖1所示為銑刀加工整體葉輪的情況。從刀具與各葉片曲面間的相對(duì)位置關(guān)系的角度考慮，可將干涉分為三種類型：第一種為銑刀與自身葉片葉頂之間的干涉：第二種為銑刀與相鄰葉片葉頂之間的干涉：第三種為銑刀與被加工區(qū)域周圍鄰近點(diǎn)之間的干涉。如果通過了這三種類型的干涉檢查，就可以不必對(duì)整個(gè)葉片曲面的點(diǎn)進(jìn)行干涉驗(yàn)證，從而大大減少計(jì)算量。
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K< /~LXY< -( 1.輪轂 2.葉片 3.刀具
v^lR]9; 圖1 整體葉輪加工情況
Vd{h|=J p ]zYj >e 3 干涉檢查及刀位調(diào)整
A!kNq J2 Iy}r'#N 1) 刀具與自身葉片葉頂之間的干涉
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