五坐标侧铣加工复杂曲面的优化模型与三元叶轮的数控加工

三元整体叶轮的形状复杂，其叶片多为非可展扭曲直纹面，只能采用五坐标以上的机床进行加工； 整体叶轮相邻叶片的空间较小，而且在径向上随着半径的减小通道越来越窄，因此，加工叶轮叶片曲面时，除了刀具与被加工叶片之间发生干涉外，刀具极易与相邻叶片发生干涉； 由于整体叶轮叶片的厚度较薄，在加工过程中存在比较严重的弹塑性变形； 刀位规划时的约束条件多，自动生成无干涉刀位轨迹较困难； 工作在高温、高压、高转速条件下的整体叶轮，选用材料多为不锈钢、高温耐热合金和钛合金等难加工材料，使整体叶轮的加工更加困难。 国内部分生产三元叶轮的厂家虽然从国外进口了叶轮加工的专用软件，但由于该软件是封闭的运行模块，其难点和一些关键问题的技术资料很难获得，不能根据实际情况进行修改和开发，因此目前国内三元叶轮的加工效率仍然非常低，并且严重阻碍了新产品的研制。 通过对国家自然科学基金项目 “面向五坐标数控单参圆柱面族包络的曲面构型原理与方法”的深入研究。该项目从五坐标数控线接触加工的原理出发，深入研究了单参圆柱面族包络的曲面构型原理，研究刀具面族、刀具轴迹面和特征线的构造方法；在深入分析被加工曲面局部特征的基础上，提出了在等距面上规划刀具路径的方法，进而生成了五坐标数控线接触加工的刀具运动轨迹；在研究圆柱形刀具线接触加工自由曲面的基础上，深入研究了二阶密切法加工自由曲面的残留误差问题；研究圆柱形刀具线接触加工自由曲面的整体干涉问题。 在深入研究基金课题的基础上，积极探讨理论与实际生产相结合，将基金研究中取得的成果应用到三元叶轮的数控加工中，采用圆柱刀或圆锥刀加工非可展直纹面的整体优化模型，解决了叶轮侧铣加工中的干涉问题；在叶轮的粗加工阶段，考虑到叶轮流道的几何形状和切削力的变化，采用优化刀具、加工路径和进给率的方法，较好的解决了叶轮加工效率低的问题。