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位置關(guān)系，將干涉分為三種類型。針對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。
@`%.\_ /%=#*/E7 1 引言
36J)O-Ti %- %/3 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。
hYi-F.Qtq
6C
r$R]5 近年隨著機(jī)械、航天航空工業(yè)的迅速發(fā)展，對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。
M[ <O]p6 ovm*,La)g 2 干涉類型
~>>o'H6 Y
+HVn0~qz 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、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。
wLkHU"'
aR}NAL_`w 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。
b'3#FI=: BAX])~_ 1.輪轂 2.葉片 3.刀具
YX^{lD1Jj 圖1 整體葉輪加工情況
*'d5~dz= 9nM {x? 3 干涉檢查及刀位調(diào)整
ZJy
D/ 9y -d_FB?X 1) 刀具與自身葉片葉頂之間的干涉
Ctj jN=59 tHJ1MDw' 葉輪曲面采用NURBS方法離散后可用S(u,v)={x(u,v)，y(u,v)，z(u,v)}來表示，u∈(0,1)，v∈(0,1)。因此，這類干涉只需判斷葉片曲面葉頂所對應(yīng)的v=0的那條參數(shù)線上的各點(diǎn)到刀具軸線之間的距離e，如圖2所示。若距離大于刀具的有效半徑，則不發(fā)生干涉：若距離小于刀具的有效半徑，則發(fā)生干涉。所謂的刀具有效半徑，指的是相對于葉頂處的刀具半徑。距離e為
CdWGb[uI OX8jCW rQKBT]?y 式中，A(x0，y0，z0)為刀具的球心點(diǎn)坐標(biāo)：B(x1，y1，z1)為葉片葉頂參數(shù)點(diǎn)坐標(biāo)：(ax，ay，az)為單位刀軸矢量a的三個(gè)坐標(biāo)分量。
Gps
