【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铣加工刀具尺寸优化领域，尤其涉及一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法。
技术介绍
1、为降低航空发动机的重量并提高其运行效率，作为新一代航空发动机的核心部件，复杂通道类零件采用了整体切削成型的制造工艺，例如增压叶轮、整体叶盘等。从几何结构和制造材料来看，复杂通道类零件具有相同的特点，即该类零件均可视为由形状近似“u型”不规则截面线沿零件通道方向扫略而成的深窄槽薄壁件，这导致零件具有通道区域狭窄、型面扭曲程度高的几何结构特征，并且零件制造材料多为高强度、难铣削的钛合金或高温合金。
2、采用球头刀的数控多轴点铣加工具有工艺适应性好、加工精度高及生产准备周期短等优势，是制造复杂通道类零件的常用关键技术之一。然而，该类零件的共性几何特征使得对其进行粗铣加工时效率较低，其主要原因是为了避免刀具发生全局干涉和局部干涉，往往采用半径较小的圆柱球头刀进行铣削，这使得在加工该类零件时同一刀轨的材料去除效率较低，进而导致在对其通道区域进行粗铣时切削分层和切削行数较多，并且在刀具长度确定的条件下，加工同一切削行时，半径较小的圆柱球头刀长径比较大，使得刀具刚性较弱，进而提高刀具折断的风险，为防止刀具折断往往只能采用较低的切削深度和较低的进给速度，大大降低了切削效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，以解决现有方法存在无干涉多轴粗加工圆柱球头刀尺寸较小的问题。
2、本专利技术采用以下技术方案：一种复杂通道粗铣
3、步骤1：同一通道内相邻的叶片分别为第一叶片和第二叶片，以第一叶片的叶盆曲面s1的上边界线和第二叶片的叶背曲面s2的上边界线作为导线生成刀心驱动面sb,1；
4、步骤2：将刀心驱动面sb,1进行偏置得到刀心驱动面sb,2，并将sb,2进行离散得到若干个直母线；
5、步骤3：以任意一条直母线上的任意一点为球心，计算球心过当前直母线并内切于s1和s2的内切球的半径的解存在的参数区间；
6、步骤4：基于弦截迭代法根据参数区间得到球心的迭代方程；进而求解得到直母线上的球心和半径，并遍历sb,2上所有直母线得到sb,2的半径参数集；
7、步骤5：以sb,2的半径参数集的最小值为偏置距离对sb,2进行偏置得到刀心驱动面sb,3，重复步骤2-5直至计算得到加工区域内所有刀心驱动面sb,k的半径参数集；
8、步骤6：将所有刀心驱动面划分为多个相邻的加工区域，进而在每个加工区域内、以对应的半径参数集中的最小值作为该加工区域的圆柱球头刀的半径。
9、进一步地，步骤2中计算球心过当前直母线并内切于s1和s2的内切球的半径的解存在的参数区间的计算公式为：
10、d(t)＝|ob,ki(t)-s1|min-|ob,ki(t)-s2|min＝0
11、式中，d(t)为球心到s1和s2的距离的差值；ob,ki为刀心驱动面sb,k上第i条直母线上的球心点；s1为第一叶片的叶盆曲面；s2为第二叶片的叶背曲面；
12、所述参数区间的边界值满足以下条件：
13、d(ta)·d(ta+1)＜0；
14、式中，d(ta)为直母线lb,k(t,wi)上参数为a的点到s1和s2的距离之差，d(ta+1)为直母线lb,k(t,wi)上参数为a+1的点到s1和s2的距离之差。
15、进一步地，步骤4中球心的迭代方程为：
16、
17、所述球心的迭代方程的终止条件为：
18、0≤|ob,ki(t)-s1|min-|ob,ki(t)-s2|min≤ε；
19、式中，t*为直母线lb,k(t,wi)上迭代计算后的球心参数；ta+1为直母线lb,k(t,wi)上参数为a+1的点的参数；ta为直母线lb,k(t,wi)上参数为a的点的参数；ob,ki为刀心驱动面sb,k上第i条母线上的球心点；s1为第一叶片的叶盆曲面；s2为第二叶片的叶背曲面；ε为≥0的正数。
20、进一步地，步骤4中球心和半径的求解算法为：
21、
22、式中，rb,ki(t*)为参数为t*球心半径；ob,ki(t*)为参数为t*的球心点。
23、进一步地，步骤6的具体方法为：
24、将n个刀心驱动面划分为c个相邻的加工区域；
25、其中，前c-1个加工区域包含b个刀心驱动面，并在前c-1个加工区域中，将每个加工区域的b个刀心驱动面对应的半径参数集中的最小值作为所在加工区域的圆柱球头刀半径；
26、其中，在第c个加工区域中，将剩余的刀心驱动面所对应的半径参数集中的最小值作为该加工区域的圆柱球头刀的半径。
27、本专利技术的有益效果是：
28、本专利技术在避免刀具发生干涉的同时，可以求解出复杂通道类零件多轴点铣粗加工圆柱球头刀的最大半径，从而提高刀具刚度以提高铣削加工的可用切削深度和进给速度，并在相同材料去除量条件下减少刀具切削行数量，同时降低刀具折断的风险，最终提高多轴点铣的加工效率；
29、本专利技术可以快速准确的计算出高效点铣开粗过程中不同加工区域内可用的无干涉圆柱球头刀半径的最大值，从而降低复杂通道粗加工中刀具长径比以改善刀具的刚性，提高圆柱球头刀的可用切深和刀具进给速度，最终实现复杂通道类零件多轴粗加工过程中材料的去除效率、缩短整体加工时间。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，其特征在于，步骤2中计算球心过当前直母线并内切于S1和S2的内切球的半径的解存在的参数区间的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，其特征在于，步骤4中球心的迭代方程为：
4.根据权利要求3所述的一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，其特征在于，步骤4中球心和半径的求解算法为：
5.根据权利要求1所述的一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，其特征在于，步骤6的具体方法为：
【技术特征摘要】
1.一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种复杂通道粗铣加工圆柱球头刀半径的计算方法，其特征在于，步骤2中计算球心过当前直母线并内切于s1和s2的内切球的半径的解存在的参数区间的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种复杂通道粗铣加...
【专利技术属性】
技术研发人员：任军学，郑桓，郭永彪，梁永收，史恺宁，周金华，张文博，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。