叶片加工中刀轴矢量优化算法的研究

叶片加工中刀轴矢量优化算法的研究

0刀轴佐佐插补优化方法叶子是航空、航空航天和发动机的重要部件。在复杂的工作环境中，需要提高零件的精度。通常，需要五轴机枪来加工工艺表面，以满足设计要求。五轴加工技术虽然具有高柔性、高精度、高效率等特点,但由于五轴机床采用线性插补方式,回转轴的参与增加了非线性误差本文为提高叶片在五轴高速加工中进出汽边的精度,提出了一种刀轴矢量插补优化方法。通过前后相邻位置点的刀轴矢量建立一矢量平面,在平面内插入中间点的方法,有效解决了传统插补方法难以解决的技术缺陷问题。仿真和实验结果验证了该算法可以有效地解决叶片在加工过程中进出汽边的过切问题,提高了叶片的加工精度。1基于手动刀轴的线性插补算法1.1旋转轴线性插补算法由于机床旋转轴的线性插补与刀轴矢量的非线性运动造成了五轴加工中的非线性误差,首先需要分析旋转轴角度线性插补算法。本文以AB式转台摆头机床为例说明旋转轴线性插补算法,其刀轴矢量和旋转角度的变换关系为:设加工初始刀轴矢量和终止刀轴矢量分别为u式中,n为线性插补段数;i为插补的序号,i=0,1,…,n。根据式(3)对角度进行线性插补,得到旋转轴线性插补的角度(A1.2非线性误差分析是基于旋转轴角度的线性填充算法任取两相邻刀轴矢量利用MATLAB进行仿真,如图1所示,图中u2优化算法是刀轴领域的标准2.1旋转轴旋转误差刀轴矢量插补优化算法的基本思想就是:在刀轴矢量插补的过程中,使得插补的刀轴保持在初始刀轴矢量和终止刀轴矢量所形成的平面上,并且使得插补的刀轴矢量呈现线性变化的关系,然后将插补的刀轴矢量转换成机床旋转轴的旋转角度,最终达到减小非线性误差的目的。如图2所示,设工件坐标系为oxyz,将初始刀轴矢量u式中,P过渡矩阵E的单位矢量e首先需计算初始刀轴矢量u刀轴矢量插补优化算法原理示意图如图3所示,由该图可知,初始刀轴矢量u其次对α进行线性插补,得到插补刀轴矢量与初始刀轴矢量u然后在新坐标系的平面内进行圆弧插补,得到的插补刀轴矢量为:由此可得在新坐标系下的刀轴矢量,最后根据式(5)进行坐标转换,得到在工件坐标下的刀轴矢量P刀轴矢量插补优化算法的具体计算过程:首先需要计算初始刀轴矢量u设由旋转轴角度线性插补方法求得的刀轴矢量为u2.2算法仿真效果分析为了验证刀轴矢量插补优化算法的正确性,利用MATLAB进行实例仿真分析,取两程序段起点和终点的刀位信息分别为:珒r[p图4为仿真效果图,图4(a)为移动轴位移和旋转轴角度都采用线性插补仿真效果图,图4(b)为移动轴位移采用线性插补、旋转轴角度采用刀轴矢量插补优化算法仿真效果图,图4(c)为两种插补方法仿真效果对比图,图4(d)为刀具姿态误差分布图。由图4(a)可知,旋转轴角度线性插补方法的插补刀轴矢量会偏离初始和终点刀轴矢量所形成的平面,由图(b)可知,刀轴矢量插补优化算法的插补刀轴矢量始终落在初始和终点刀轴矢量所形成的平面上,由图4(c)两种插补算法的对比发现,与旋转轴角度线性插补方法相比,刀轴矢量插补优化算法有效地修正了刀具姿态误差,由图4(d)可得非线性误差ε最大值出现在相邻刀位点的中点附近,此时旋转轴角度线性插补方法的最大刀具姿态误差ε2.3后置处理软件实验试件采用某汽轮机叶片。如图5所示,采用传统方法进出汽边容易产生过切。本文根据刀轴矢量插补优化算法,利用JAVA语言开发出集成该算法的后置处理软件,处理得到的优化前后的部分NC程序如图6所示。处理过程中设置许用判断角ε利用UG软件生成叶片的刀位文件经过利用自主开发的专用后置处理后得到优化的NC程序3构建矢量插补平面本文针对叶片五轴高速加工中进出汽边的过切问题,提出了一种刀轴矢量插补优化算法。通过相邻点刀轴矢量构建矢量插补平面