CN116197438B - 自由曲面叶片的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及叶轮加工技术领域，具体公开了自由曲面叶片的加工方法，该自由曲面叶片的加工方法包括S10：建立自由曲面叶片的三维模型；S20：在自由曲面叶片的选定曲面上提取一条参考截面线；S30：在选定曲面上设置n条辅助直线段，且辅助直线段的两端分别位于选定曲面位于参考截面线两侧的轮廓线上；S40：调节辅助直线段的位置，进而使辅助直线段与参考截面线的间距L不大于选定曲面的轮廓度T；S50：n条辅助直线段生成直纹面；S60：根据生成的直纹面加工选定曲面。使用该方法使直纹化后的自由曲面叶片采用侧刃加工的策略，可实现高效率，高表面质量的加工。

Description

自由曲面叶片的加工方法

技术领域

本发明涉及叶轮加工技术领域，尤其涉及自由曲面叶片的加工方法。

背景技术

叶轮机械设计软件生成的叶轮模型，其叶片一般为直纹面或自由曲面。如图1和2所示，直纹面叶片200可通过铣刀100的侧刃102贴合叶片面切削，一次走刀完成叶片加工，其具有加工效率高的特点；自由曲面叶片1需通过底刃101切削，通过多条刀路插补完成，其加工复杂且效率低。侧刃加工与底刃加工区别见图1所示。

因此，亟需自由曲面叶片的加工方法，以解决现有技术中加工自由曲面叶片存在加工工艺复杂且加工效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供自由曲面叶片的加工方法，以解决相关技术中加工自由曲面叶片存在加工工艺复杂且加工效率低的问题。

本发明提供自由曲面叶片的加工方法，该自由曲面叶片的加工方法包括：

S10：建立自由曲面叶片的三维模型；

S20：在所述自由曲面叶片的选定曲面上提取一条参考截面线；

S30：在所述选定曲面上设置n条辅助直线段，且所述辅助直线段的两端分别位于所述选定曲面位于所述参考截面线两侧的轮廓线上；

S40：调节所述辅助直线段的位置，进而使所述辅助直线段与所述参考截面线的间距L不大于所述选定曲面的轮廓度T；

S50：n条所述辅助直线段生成直纹面；

S60：根据生成的所述直纹面加工所述选定曲面。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，步骤S30具体包括：

S31：位于所述参考截面线两侧的轮廓线分别为轮廓线a和轮廓线b；

S32：在所述轮廓线a上间隔提取n个点，在所述轮廓线b上间隔提取n个点；

S33：所述轮廓线a上的n个点与所述轮廓线b上的n个点一一对应，且生成n条辅助直线段。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，在步骤S32中，所述轮廓线a上的n个点等间距设置。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，在步骤S32中，所述轮廓线b上的n个点等间距设置。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，步骤S40具体包括：

S41：测量所述辅助直线段与所述参考截面线的间距L；

S42：如果所述间距L不大于所述选定曲面的轮廓度T，则认为所述辅助直线段合法；

S43：如果所述间距L大于所述选定曲面的轮廓度T，移动对应的所述辅助直线段在所述轮廓线a上的点，执行S41。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，步骤S43中，所述辅助直线段在所述轮廓线a上的点与相邻点的间距为d，所述辅助直线段在所述轮廓线a上的点移动距离为D，0<D<d/4。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，步骤S40具体包括：

S41：测量所述辅助直线段与所述参考截面线的间距L；

S42：如果所述间距L不大于所述选定曲面的轮廓度T，则认为所述辅助直线段合法；

S43：如果所述间距L大于所述选定曲面的轮廓度T，移动对应的所述辅助直线段在所述轮廓线b上的点，执行S41。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，步骤S43中，所述辅助直线段在所述轮廓线b上的点与相邻点的间距为d，所述辅助直线段在所述轮廓线b上的点移动距离为D，0<D<d/4。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，所述参考截面线分别距所述轮廓线a和所述轮廓线b的距离相等。

作为自由曲面叶片的加工方法的优选技术方案，步骤S60中，使用铣刀的侧刃加工所述选定曲面。

本发明的有益效果为：

本发明提供自由曲面叶片的加工方法，该自由曲面叶片的加工方法包括S10：建立自由曲面叶片的三维模型；S20：在自由曲面叶片的选定曲面上提取一条参考截面线；S30：在选定曲面上设置n条辅助直线段，且辅助直线段的两端分别位于选定曲面位于参考截面线两侧的轮廓线上；S40：调节辅助直线段的位置，进而使辅助直线段与参考截面线的间距L不大于选定曲面的轮廓度T；S50：n条辅助直线段生成直纹面；S60：根据生成的直纹面加工选定曲面。使用该方法在加工公差允许的范围内将自由曲面叶片简化成直纹叶片。直纹化后的自由曲面叶片采用侧刃加工的策略，可实现高效率，高表面质量的加工。

附图说明

图1为现有技术中铣刀加工直纹面叶片的结构示意图；

图2为现有技术中铣刀加工自由曲面叶片的结构示意图；

图3为本发明实施例中自由曲面叶片的加工方法的流程图；

图4为本发明实施例中自由曲面叶片的结构示意图；

图5为本发明实施例中自由曲面叶片(包括参考截面线、轮廓线a和轮廓线b)的结构示意图；

图6为本发明实施例中自由曲面叶片(参考截面线、辅助直线段、轮廓线a和轮廓线b)的结构示意图。

图中：

100、铣刀；101、底刃；102、侧刃；200、直纹面叶片；

1、自由曲面叶片；2、参考截面线；3、辅助直线段；4、轮廓线a；5、轮廓线b。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图3～6所示，本实施例提供自由曲面叶片的加工方法，该自由曲面叶片的加工方法包括：

S10：建立自由曲面叶片1的三维模型。

本步骤中，通过三维建模软件建立叶片的三维模型。

S20：在自由曲面叶片1的选定曲面上提取一条参考截面线2。

本步骤中，优选地，参考截面线2分别距轮廓线a4和轮廓线b5的距离相等。

S30：在选定曲面上设置n条辅助直线段3，且辅助直线段3的两端分别位于选定曲面位于参考截面线2两侧的轮廓线上。

步骤S30具体包括：

S31：位于参考截面线2两侧的轮廓线分别为轮廓线a4和轮廓线b5；

S32：在轮廓线a4上间隔提取n个点，所述轮廓线a4上的n个点等间距设置。在轮廓线b5上间隔提取n个点；所述轮廓线b5上的n个点等间距设置。

S33：轮廓线a4上的n个点与轮廓线b5上的n个点一一对应，且生成n条辅助直线段3。

本实施例中，选择位于参考截面线2两侧的选定曲面的轮廓线作为轮廓线a4和轮廓线b5，在其它实施例中，也可以选择靠近轮廓线a4附近的曲线和靠近轮廓线b5附近的曲线。

S40：调节辅助直线段3的位置，进而使辅助直线段3与参考截面线2的间距L不大于选定曲面的轮廓度T。

步骤S40具体包括：

S41：测量辅助直线段3与参考截面线2的间距L；

S42：如果间距L不大于选定曲面的轮廓度T，则认为辅助直线段3合法；

S43：如果间距L大于选定曲面的轮廓度T，移动对应的辅助直线段3在轮廓线a4上的点，执行S41。本实施例中，移动对应的辅助直线段3在轮廓线a4上的点，进而可以调节该辅助直线段3的长度和在选定曲面上的相对位置，进而可以调节该辅助直线段3与参考截面线2的间距。通过步骤S40，进而可以使所有辅助直线段3均合法。

可选地，步骤S43中，辅助直线段3在轮廓线a4上的点与相邻点的间距为d，辅助直线段3在轮廓线a4上的点移动距离为D，0<D<d/4。本实施例中，当间距L大于选定曲面的轮廓度T，辅助直线段3在轮廓线a4上的点移动距离限制在D＝d/4，该设置可以防止轮廓线a4上的点移动距离过大或过小。

S50：n条辅助直线段3生成直纹面。

本实施例中，n条辅助直线段3组成直纹面，进而将自由曲面转化为直纹面。

S60：根据生成的所述直纹面加工选定曲面。

本实施例中。使用铣刀100的侧刃102加工选定曲面。通过上述自由曲面叶片的加工方法对叶片的所有面进行加工，进而可以可实现高效率，高表面质量的加工。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，唯一不同之处在于：

步骤S40具体包括：

S41：测量辅助直线段3与参考截面线2的间距L；

S42：如果间距L不大于选定曲面的轮廓度T，则认为辅助直线段3合法；

S43：如果间距L大于选定曲面的轮廓度T，移动对应的辅助直线段3在轮廓线b5上的点，执行S41。本实施例中，移动对应的辅助直线段3在轮廓线b5上的点，进而可以调节该辅助直线段3的长度和在选定曲面上的相对位置，进而可以调节该辅助直线段3与参考截面线2的间距。通过步骤S40，进而可以使所有辅助直线段3均合法。

可选的，步骤S43中，辅助直线段3在轮廓线b5上的点与相邻点的间距为d，辅助直线段3在轮廓线b5上的点移动距离为D，0<D<d/4。本实施例中，当间距L大于选定曲面的轮廓度T，辅助直线段3在轮廓线b5上的点移动距离限制在D＝d/4，该设置可以防止轮廓线b5上的点移动距离过大或过小。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，包括：

S10：建立自由曲面叶片(1)的三维模型；

S20：在所述自由曲面叶片(1)的选定曲面上提取一条参考截面线(2)；

S30：在所述选定曲面上设置n条辅助直线段(3)，且所述辅助直线段(3)的两端分别位于所述选定曲面位于所述参考截面线(2)两侧的轮廓线上；

S40：调节所述辅助直线段(3)的位置，进而使所述辅助直线段(3)与所述参考截面线(2)的间距L不大于所述选定曲面的轮廓度T；

S50：n条所述辅助直线段(3)生成直纹面；

S60：根据生成的所述直纹面加工所述选定曲面。

2.根据权利要求1所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，步骤S30具体包括：

S31：位于所述参考截面线(2)两侧的轮廓线分别为轮廓线a(4)和轮廓线b(5)；

S32：在所述轮廓线a(4)上间隔提取n个点，在所述轮廓线b(5)上间隔提取n个点；

S33：所述轮廓线a(4)上的n个点与所述轮廓线b(5)上的n个点一一对应，且生成n条所述辅助直线段(3)。

3.根据权利要求2所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，在步骤S32中，所述轮廓线a(4)上的n个点等间距设置。

4.根据权利要求3所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，在步骤S32中，所述轮廓线b(5)上的n个点等间距设置。

5.根据权利要求2所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，步骤S40具体包括：

S41：测量所述辅助直线段(3)与所述参考截面线(2)的间距L；

S42：如果所述间距L不大于所述选定曲面的轮廓度T，则认为所述辅助直线段(3)合法；

S43：如果所述间距L大于所述选定曲面的轮廓度T，移动对应的所述辅助直线段(3)在所述轮廓线a(4)上的点，执行S41。

6.根据权利要求5所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，步骤S43中，所述辅助直线段(3)在所述轮廓线a(4)上的点与相邻点的间距为d，所述辅助直线段(3)在所述轮廓线a(4)上的点移动距离为D，0<D<d/4。

7.根据权利要求2所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，步骤S40具体包括：

S41：测量所述辅助直线段(3)与所述参考截面线(2)的间距L；

S42：如果所述间距L不大于所述选定曲面的轮廓度T，则认为所述辅助直线段(3)合法；

S43：如果所述间距L大于所述选定曲面的轮廓度T，移动对应的所述辅助直线段(3)在所述轮廓线b(5)上的点，执行S41。

8.根据权利要求7所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，步骤S43中，所述辅助直线段(3)在所述轮廓线b(5)上的点与相邻点的间距为d，所述辅助直线段(3)在所述轮廓线b(5)上的点移动距离为D，0<D<d/4。

9.根据权利要求2所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，所述参考截面线(2)分别距所述轮廓线a(4)和所述轮廓线b(5)的距离相等。

10.根据权利要求1-9任一项所述的自由曲面叶片的加工方法，其特征在于，步骤S60中，使用铣刀(100)的侧刃(102)加工所述选定曲面。