專利名稱：一種整體葉盤葉片型面的數控拋光方法
技術領域：
本發明涉及一種用于整體葉盤葉片型面的數控拋光方法，屬于航空發動機整體葉盤制造與加工技術領域。
背景技術：
眾所周知，航空發動機性能與可靠性的的提高，很關鍵的問題在于整體葉盤制造與加工技術。整體葉盤葉片型面為自由曲面，用球頭銑刀進行行切加工，必然形成波峰波谷，且由于刀具在行切平面內運動，運動軌跡曲線曲率不同以及定位等因素，必然會導致行間的殘留高度相差較大，所以整體葉盤在銑削加工后葉片表面必須進行拋光加工。整體葉盤復雜的結構特性和難加工的材料特性給拋光加工工藝帶來了困難，國外有限的整體葉盤葉片型面拋光技術對我國實行嚴密的技術封鎖，國內目前主要依靠手工拋光的方法進行光整加工，其勞動強度大、效率低、工作環境惡劣、加工精度低、一致性差，嚴重影響著發動機的性能、工作可靠性及成本。中國專利20092(^88462. 2中提出了一種整體葉盤雙驅動軸復合自動光整加工裝置，該自動光整加工裝置包括主軸、設備支架等組成，對不同形狀、不同材質的整體葉盤類零件進行光整加工。專利01118250. 4中公開了一種關于物理化學的電子束拋光方法，通過電極產生交接的作用在被拋物的表面擊平，使被拋物產生光潔的平面。在專利02144068. 9 中介紹了一種電解拋光方法，通過在電解液內陽電極與反電極之間施加電壓，同時使所述陽電極與靶材料的表面接觸電解拋光靶材料。專利97113484. 7中描述了一種化學機械拋光方法及所用設備，使用有不同特性的多種拋光器進行選擇或連續拋光各種待拋光物，并提高拋光特性。現有技術及上述專利所涉及內容重點在于拋光原理和設備，對于數控編程拋光方法極少論述，而且部分拋光方法對于整體葉盤葉片類復雜結構件并不適用，設備使用較為單一，人工操作拋光加工效率低、拋光過程去除量不均勻，精度難以保證，容易造成葉盤葉片損傷。

發明內容
為了克服現有技術設備使用較為單一，不適于整體葉盤葉片型面數控拋光的不足；人工操作拋光加工效率低、拋光過程去除量不均勻，精度難以保證的缺陷，本發明提供一種用于整體葉盤葉片型面的數控拋光方法，即采用直紋面擬合逼近葉片型面的拋光方法，保證拋光輪與葉片型面保持良好的接觸，提高了拋光加工精度。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是根據拋光輪結構選擇測量拋光輪， 確定對拋光物體的拋光行距，采用其縱拋的加工路徑；數控編程采用了直紋面擬合逼近葉片型面的方法，包含葉片參數化造型，葉片等距分割、擬合線段組和拋光軌跡確定的實施步驟。葉片型面參數化造型與流道線垂直的方向進行，葉片型面等距分割沿流道線方向進行， 且分割距離為拋光輪直徑的四分之一。在葉片型面的各分割線上分別等距插入分割點，依
3次選取相鄰的分割線進行相鄰位點的距離計算，得到一系列擬合線段組，即可擬合直紋面。 最后由直紋面生成等距面，等距面離散成直線，通過直線上的分割點確定了拋光軌跡。本發明整體葉盤葉片型面的數控拋光方法，其特點是包括下述步驟步驟1 根據拋光輪結構，對選擇的拋光輪進行尺寸測量；使用游標卡尺準確測量圓柱體拋光輪的直徑D和高度H ；步驟2 確定對拋光物體的拋光行距，確定行距為拋光輪高度的二分之一；為確保拋光輪能順利研拋到整體葉盤葉片的每個區域，拋光行距應盡可能小，同時兼顧工作效率；步驟3 確定采用拋光的加工路徑，拋光路徑分為沿u向的縱拋和沿ν向的橫拋； 將整體葉盤使用時氣體流通的方向，即流道線方向記為U，與流道線垂直的方向記為V，縱拋能使拋光輪較好的貼合工件表面，可以自由跟隨葉片表面的曲率變化，加工效率高，故采用縱拋的加工路徑；步驟4 編制數控拋光程序，實現整體葉盤葉片型面的精拋光；保持拋光輪與葉片型面良好的接觸，以減小擬合誤差，采用直紋面擬合逼近葉片的方法，其具體實施步驟如下(1)根據整體葉盤葉片型面理論三維模型，在模型上沿與流道線垂直的方向插入等距參數線i條，通過這一組曲線掃掠出葉片型面曲面，完成葉片型面參數化造型；(2)在葉片型面流道線方向上插入等分線j條，即將葉片型面等分成(j_l)段，為提高拋光精度，每段寬度等于拋光輪直徑D的四分之一；(3)以第k段葉片型面為例，在第k條和k+Ι條葉片分割線上分別插入m禾Π η個占. (4)記分割線k上的任意某點為mk，分別連接mk與點集n，得到η條線段，通過比較 η條線段長度與第k段葉片距離之間的誤差，獲得定點mk處擬合線段最小值，進而獲得第k 條分割線上m個點的擬合線段，從而獲得第k段葉片型面的擬合線段組，通過這一組擬合線段掃掠出第i段葉片型面的擬合直紋面；(5)將直紋面沿葉片表面法向進行偏移，偏移距離為拋光輪半徑，即D/2，由直紋面生成了等距面，在等距面u向上插入ρ條等距線，將等距面離散成直線，且每兩條等距線的距離為拋光輪直徑的八分之一；(6)在第五步生成的每條等距線上插入q個點，以第h條和第h+Ι條等距線上的對應點qh和qh+1為例，把qh點的X、y、ζ坐標作為拋光輪與葉片表面的接觸點，線段qhqh+1的方向為拋光輪的中心軸線矢量方向，從而確定了拋光軌跡；(7)根據第六步確定的拋光輪運動軌跡，編輯程序拋光葉片。有益效果本發明提出的整體葉盤葉片型面的數控拋光方法，采用對拋光輪結構尺寸測量選擇拋光輪；確定對拋光物體的拋光行距；為保證整體葉盤葉片型面的拋光精度和加工效率高，采用其縱拋的加工路徑；數控編程采用了直紋面擬合逼近葉片型面的方法，包含葉片參數化造型，葉片等距分割、擬合線段組和拋光軌跡確定的實施步驟。葉片型面參數化造型與流道線垂直的方向進行，葉片型面等距分割沿流道線方向進行，且分割距離為拋光輪直徑的四分之一。在葉片型面的各分割線上分別等距插入分割點，依次選取相鄰的分割線進行相鄰位點的距離計算，得到一系列擬合線段組，即可擬合直紋面。最后由直紋面生成等距面，等距面離散成直線，通過直線上的分割點確定了拋光軌跡。本發明基于整體葉盤葉片型面拋光工藝要求，采用直紋面擬合逼近葉片型面的拋光方法，充分擬合了葉片型面的特征，保證拋光輪與葉片型面間保持良好的接觸，提高了拋光加工精度，提高了整體葉盤的拋光效率。


下面結合附圖和實施方式對本發明一種整體葉盤葉片型面的數控拋光方法作進一步說明。圖1是本發明方法選擇的拋光輪結構尺寸示意圖。圖2是本發明的實施例整體葉盤葉片型面的區域分割圖。圖3是本發明的實施例整體葉盤葉片型面分割線上某點的擬合線段圖。圖4是本發明的實施例利用擬合線段組生成的整體葉盤葉片型面第k段直紋面圖。圖5是本發明的實施例整體葉盤葉片型面第k段區域的拋光軌跡。圖中1.等距面2.整體葉盤輪轂3.拋光軌跡方向4.拋光軌跡接觸點
具體實施例方式本實施例是一種整體葉盤葉片型面的數控拋光方法。應用數控拋光方法對某型航空發動機整體葉盤葉片型面進行拋光加工，具體步驟為第一步，測量拋光輪的尺寸；根據選擇的拋光輪，使用游標卡尺準確測量圓柱體拋光輪的直徑D和高度H，如圖1所示；第二步，確定拋光行距；為確保拋光輪能順利拋到整體葉盤葉片的每個區域，同時兼顧工作效率，確定行距為拋光輪高度的二分之一；第三步，規劃拋光路徑；將流道線方向記為U，與流道線垂直的方向記為V。采用沿 u向的縱拋路徑能使拋光輪較好的貼合工件表面，加工效率高；第四步，為減小擬合誤差采用直紋面擬合葉片的編程方法，以某發動機葉片為例， 其具體實施步驟如下步驟1 基于UG三維軟件環境，根據整體葉盤葉片型面理論三維模型，在模型沿ν 方向上插入等距參數線i條，通過這一組曲線掃掠出葉片型面曲面，完成葉片型面參數化造型；步驟2:在參數化后的葉片型面U方向插入等分線j條，將葉片型面沿等分成 (j-D段，每段寬度為拋光輪直徑D的四分之一，參見圖2 ；步驟3 以第k段葉片型面為例，在第k條和k+Ι條葉片分割線上分別插入m和η 個占.點。步驟4 記分割線k上的任意某點為mk，分別連接mk與點集n，得到η條線段，如圖 3所示，通過比較η條線段長度與第k段葉片距離之間的誤差，獲得定點mk處擬合線段最小值，進而獲得第k條分割線上m個點的擬合線段；最終獲得如圖4所示的第k段葉片型面擬合線段組，通過這一組擬合線段掃掠出第i段葉片型面的擬合直紋面；步驟5 直紋面生成等距面，等距面離散成直線，將直紋面沿葉片表面法向偏移一定的距離，偏移距離等于拋光輪的半徑，即由直紋面生成了等距面；在等距面u向上插入ρ 條等距線，將等距面離散成直線，且每兩條等距線的距離為拋光輪直徑的八分之一，如圖5 所示；步驟6 確定拋光軌跡，在第五步生成的每條等距線上插入q個點，以第h條和第 h+Ι條等距線上的對應點qh和qh+1為例，把qh點的x、y、z坐標作為拋光輪與葉片表面的接觸點，線段％qh+1的方向為拋光輪的中心軸線矢量方向，從而確定了拋光軌跡，如圖5所示；步驟7 根據第六步確定的拋光輪運動軌跡，編輯程序拋光葉片。基于整體葉盤葉片型面拋光工藝要求，應用上述步驟得到的拋光方法，經對某型發動機整體葉盤的拋光試驗，驗證了該方法完全能夠保證整體葉盤葉片型面的加工精度， 實現了自動化拋光。
權利要求
1. 一種整體葉盤葉片型面的數控拋光方法，其特征在于包括下述步驟步驟1 確定拋光輪結構，根據拋光輪結構準確測量圓柱體拋光輪的直徑D和高度H ；步驟2 確定對拋光物體的拋光行距，確定行距是拋光輪高度的二分之一；步驟3 確定采用拋光的加工路徑，拋光路徑分為沿u向的縱拋和沿ν向的橫拋；將流道線方向記為U，與流道線垂直的方向記為V，縱拋能使拋光輪較好的貼合工件表面，可自由跟隨葉片表面的曲率變化，采用縱拋的加工路徑；步驟4 編制數控拋光程序，以減小擬合誤差，采用直紋面擬合逼近葉片的方法，其具體實施步驟如下(1)根據整體葉盤葉片型面三維模型，在模型上沿與流道線垂直的方向插入等距參數線i條，掃掠出葉片型面曲面，完成葉片型面參數化模型；(2)在葉片型面流道線方向上插入等分線j條，即將葉片型面等分成(j_l)段，每段寬度等于拋光輪直徑的四分之一；(3)以第k段葉片型面為例，在第k條和k+Ι條葉片分割線上分別插入m和η個點；(4)記分割線k上的任意某點為mk，分別連接mk與點集n，得到η條線段，通過比較η條線段長度與第k段葉片距離之間的誤差，獲得定點mk處擬合線段最小值，進而獲得第k條分割線上m個點的擬合線段，并獲得第k段葉片型面的擬合線段組，通過擬合線段掃掠出第i 段葉片型面的擬合直紋面；(5)將直紋面沿葉片表面法向進行偏移，偏移距離為拋光輪半徑，由直紋面生成了等距面，在等距面u向上插入ρ條等距線，將等距面離散成直線，且每兩條等距線的距離為拋光輪直徑的八分之一；(6)在第五步生成的每條等距線上插入q個點，以第h條和第h+Ι條等距線上的對應點 qh和qh+1為例，把％點的x、y、z坐標作為拋光輪與葉片表面的接觸點，線段qhqh+1的方向為拋光輪的中心軸線矢量方向，從而確定了拋光軌跡；(7)根據第六步確定的拋光輪運動軌跡，編輯程序拋光葉片。
全文摘要
本發明公開了一種整體葉盤葉片型面的數控拋光方法，采用選擇拋光輪；確定拋光行距；規劃拋光路徑；編制程序方法。數控編程采用的方法包含葉片參數化造型、葉片等距分割、擬合線段組和拋光軌跡確定的實施步驟。葉片型面參數化造型與流道線垂直的方向進行，葉片型面等距分割沿流道線方向進行，且分割距離為拋光輪直徑的四分之一。在葉片型面的各分割線上等距插入分割點，依次選取相鄰的分割線進行相鄰位點的距離計算，得到擬合直紋面，最后由直紋面生成等距面確定拋光軌跡。本發明充分擬合了葉片型面的特征，保證了拋光輪與葉片型面間的良好接觸，進而保障了整體葉盤葉片型面的精度，提高了整體葉盤的拋光效率。
文檔編號B24B29/02GK102275122SQ20111025777
公開日2011年12月14日 申請日期2011年9月1日 優先權日2011年9月1日
發明者史耀耀, 張軍鋒, 李小彪, 段繼豪, 董婷, 藺小軍 申請人:西北工業大學