叶片五轴加工数控程序评价及优化方法技术

本发明专利技术公开了叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，包括：采用路径规划算法对叶片加工路径进行整体规划并获取NC程序；根据NC程序的评价标准建立刀轴整体矢量的优化算法；利用优化算法通过UG软件后置处理生成刀轴矢量优化后的数控程序；解析NC程序代码获取旋转轴有效数据，遍历所有相邻刀触点，判断动力学参数突变情况，得到最优程序实现最优评价。本发明专利技术提供的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，以数控仿真加工的结果为基础，将叶片曲率突变处旋转轴的角速度及角加速度变化量作为评价依据，建立刀轴矢量光顺度指标，通过刀轴矢量整体优化算法改变非光顺处的刀具位姿，实现叶片曲率变化处的整体光顺，提高了NC程序的质量和叶片的加工精度。和叶片的加工精度。和叶片的加工精度。

【技术实现步骤摘要】
叶片五轴加工数控程序评价及优化方法


[0001]本专利技术涉及数控加工控制的
，尤其涉及叶片五轴加工数控程序评价及优化方法。

技术介绍

[0002]叶片类零件作为航空航天、能源、轮机发电等领域的重要回转部件，通常由复杂曲线曲面拟合而成，造型难度大。由于其应用于高精度领域，叶片的加工质量将直接影响大型设备的能量转换效率，故对叶片的加工制造技术提出了非常高的要求。高精度叶片通常在五轴机床上进行加工，先对叶片的整个加工过程进行路径规划，再通过UG软件加工模块内置的后处理器将叶片刀位文件转化为数控代码，数控代码中包含了叶片加工过程的所有走刀位置，根据切削过程的平稳性判断数控代码的质量。
[0003]叶片类零件的数控加工程序存在多个评价指标：程序通用性评价指标，如在改变叶片曲面加工的走刀行距时，只需简单修改某个参数而不用重新编写整个程序；稳定性评价指标，如加工叶片时的刀具半径或者位置发生变化，不需要修改程序便可以完成整个加工；此外还有程序的可读性、运行成本等评价指标。但以上的指标都是基于叶片在加工过程中质量稳定的基础上进行的评价，叶片类零件作为薄壁型复杂曲面零件的代表，在叶身的进出气边与叶盆叶背的连接处存在巨大的曲率突变，刀具姿态在此处的可能会出现剧烈的变化，导致移动轴速度、转动轴角速度以及加速度和切削力等动力学参数发生较大的变化，叶片表面出现划痕或过切现象，导致整个叶片的报废，从而对企业造成巨大的损失。
[0004]因此，在五轴加工的过程中要充分考虑叶片曲面的曲率突变，通过进一步分析移动轴和旋转轴的动力学特性，得到曲率变化急剧处易发生突变的动力学参数，并采用算法对动力学参数进行优化以达到加工曲面平滑光顺的目的。因此，数控程序的质量决定了最终叶片产品的性能，对数控程序进行评价并减少速度、加速度和切削力等动力学参数的突变以保证五轴切削加工的均匀性是目前亟须解决的问题。同时，切削过程的平稳性是评价叶片五轴加工NC程序的关键指标，建立完备的评价体系来评价NC程序的质量是叶片加工的关键。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术解决的技术问题是：现有的叶片五轴数控程序加工过程中刀轴矢量变化剧烈，曲率变化较大处存在叶片整体不光顺，零件加工质量不符合要求的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，包括：
[0009]采用路径规划算法对叶片加工路径进行整体规划并获取NC程序；
[0010]根据所述NC程序的评价标准建立刀轴整体矢量的优化算法；
[0011]利用优化算法通过UG软件后置处理生成刀轴矢量优化后的数控程序；
[0012]解析NC程序代码获取旋转轴有效数据，遍历所有相邻刀触点，判断动力学参数突变情况，得到最优程序实现最优评价。
[0013]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：所述路径规划算法，包括：
[0014][0015]其中，c为沿着刀具路径的刀轴矢量的总变化量，T
j1
为初始刀具的刀轴矢量参数，为k处的刀轴矢量的变化量，k为刀位点数目，W为相邻刀轴间的角速度变化量，为i+1处的刀轴矢量的变化量。
[0016]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：NC程序信息包括：三个平移轴的位置变化，A、B两个旋转轴的位置，角度变化量，刀触点，刀位点和进给速度。
[0017]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：评价标准包括：旋转轴的角速度和角加速度变化量。
[0018]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：所述旋转轴的角速度、角加速度，包括：
[0019]角速度表示为：
[0020][0021]其中，f为机床进给率，dA为A轴转角变化量，dL为相邻刀位点间的距离，dt为时间的变化量；
[0022]角加速度表示为：
[0023][0024]其中，ω为角速度，f为机床进给率，dA为A轴转角变化量，dL为相邻刀位点间的距离，dt为时间的变化量。
[0025]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：刀轴整体矢量的优化算法，包括：以机床旋转轴的角加速度最小为优化目标，利用多元函数极值条件，通过指定关键刀轴矢量的方式进行求解，对超限区域的刀轴矢量局部修正；
[0026]最小的刀轴矢量变化量，表示为：
[0027][0028][0029]其中，c为沿着刀具路径的刀轴矢量的总变化量，T
j1
为初始刀具的刀轴矢量参数，
为k处的刀轴矢量的变化量，ΔS
i
为刀位点CL
i
与刀位点CL
i+1
之间的距离，T
i
为i处的刀轴变化量，T
i+1
为i+1处的刀轴变化量，W为相邻刀轴间的角速度变化量，λ为相邻刀位点之间刀轴矢量角速度变化的阈值，λ的取值为沿刀具路径的刀轴矢量整体变化的平均值。
[0030]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：UG软件后置处理包括：
[0031]在刀具离散可达方向锥的范围内进行刀轴矢量优化，利用沿刀具路径的刀轴矢量总的变化量评判角加速度变化的程度评价程序的好坏；
[0032]当刀轴矢量总的变化量大于阀值时，角加速度变化大，程序差；
[0033]当刀轴矢量总的变化量小于阀值时，角加速度变化小，程序优。
[0034]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：获取旋转轴有效数据，包括：刀轴姿态和相邻刀轴之间的角度变化。
[0035]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：判断动力学参数突变情况包括:
[0036]当曲率突变处的相邻刀轴矢量夹角小于刀轴矢量整体变化的平均值时，叶片在曲率突变整体光顺；
[0037]当曲率突变处的相邻刀轴矢量夹角大于刀轴矢量整体变化的平均值时，叶片在曲率突变非光顺，需要优化。
[0038]作为本专利技术所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法的一种优选方案，其中：得到最优程序实现最优评价包括：
[0039]通过指定关键刀轴矢量的方式进行求解，对超限区域的刀轴矢量局部修正，从刀具初始点开始，延伸至下个刀具与叶片曲面的接触点为止，通过遍历所有相邻刀触点生成最短路径，完成曲率突变处的整体光顺，达到最优评价。
[0040]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，基于叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，其特征在于，包括：采用路径规划算法对叶片加工路径进行整体规划并获取NC程序；根据所述NC程序的评价标准建立刀轴整体矢量的优化算法；利用优化算法通过UG软件后置处理生成刀轴矢量优化后的数控程序；解析NC程序代码获取旋转轴有效数据，遍历所有相邻刀触点，判断动力学参数突变情况，得到最优程序实现最优评价。2.如权利要求1所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，其特征在于，所述路径规划算法，包括：其中，c为沿着刀具路径的刀轴矢量的总变化量，T
j1
为初始刀具的刀轴矢量参数，为k处的刀轴矢量的变化量，k为刀位点数目，W为相邻刀轴间的角速度变化量，为i+1处的刀轴矢量的变化量。3.如权利要求2所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，其特征在于，NC程序信息包括：三个平移轴的位置变化，A、B两个旋转轴的位置，角度变化量，刀触点，刀位点和进给速度。4.如权利要求3所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，其特征在于，评价标准包括：旋转轴的角速度和角加速度变化量。5.如权利要求4所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，其特征在于，所述旋转轴的角速度、角加速度，包括：角速度表示为：其中，f为机床进给率，dA为A轴转角变化量，dL为相邻刀位点间的距离，dt为时间的变化量；角加速度表示为：其中，ω为角速度，f为机床进给率，dA为A轴转角变化量，dL为相邻刀位点间的距离，dt为时间的变化量。6.如权利要求5所述的叶片五轴加工数控程序评价及优化方法，其特征在于，刀轴整体矢量的优化算法，包括：以机床旋转轴的角加速度最小为优化目标，利用多元函数极值条件，通过指定关键刀轴矢量的方式进行求解，对超限区域的刀轴矢量局部修正；最小的刀轴矢量变化量，表示为：
其中，c...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕彦明，赵耀，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：