一種螺旋槳分層選區加工編程的方法與流程
2023-12-03 17:34:06
本發明涉及螺旋槳自動化加工製造領域，具體是一種螺旋槳分層選區自動化加工編程的方法。
背景技術：
當前螺旋槳的加工已經實現了自動化數控編程，對於螺旋槳的加工製造效率有了很大的提高。經過對現有技術文獻的檢索發現：
現有技術一對於大型鋁合金螺旋槳葉片五軸高速加工時，採取分段加工，不同部位不同的加工措施。現有技術二提供一種高效率、低能耗、不會破碎損壞鎂合金工件的鎂合金螺旋槳的精密加工方法。現有技術三公開一種螺旋槳不均勻加工餘量調整方法，克服了螺旋槳不均勻加工餘量需要人工調整的不足。
上述三份文獻都部分的涉及螺旋槳的加工方法，其中第三件專利有涉及對於餘量分布不均時進行自動調整，得到均勻餘量後再加工。但是對於本發明中所述的針對餘量分布不均時，對大餘量區域進行定向定位的加工編程均未有涉及。
編程技術人員使用通用方法編程自動生成的螺旋槳加工刀軌可控性極差。不能實現對指定區域的定向加工，導致螺旋槳的生產製造周期較為漫長。
技術實現要素：
發明目的：本發明的目的在於改善當前螺旋槳自動化加工編程時柔性較差、適應性不足的問題；改進編程方法，提高加工效率，縮短加工時間。降低成產成本，提高企業收益。
技術方案：本發明所述的一種螺旋槳分層選區自動化加工編程的方法，在當前自動化加工編程技術的基礎上應用新的方法，對螺旋槳葉片進行分層，在不同的切削層上再對葉片進行分區，以實現改進當前的編程方法，提高對編程區域的柔性控制。包括以下步驟：
步驟1：由螺旋槳初始設計數據及使用螺距規、三維掃描儀等設備測得的毛坯數據對比分析得出各測量點的加工餘量。
步驟2：結合所用工具機的加工能力如主軸轉速、主軸扭矩、最大承載等確定各加工層的厚度及加工層數。
步驟3：確定出各加工層內的加工區域，將該加工層內需要加工的區域劃分出來。
步驟4：依次對各加工層內的加工區域使用加工模板實現快速編程。
步驟5：對編程完成後的加工刀路進行後處理，得到工具機可識別的運動代碼。
進一步的，所述步驟1包括以下步驟：
步驟1.1：由所加工螺旋槳的設計數據與製造後的螺旋槳毛培測量所得數據對比計算得出理論加工餘量。
步驟1.2：以測得的理論加工數據為基礎，結合螺旋槳加工要求中的螺距公差、形狀公差、葉厚公差等要求對各數據點進行加工餘量的調整，確定出最終的加工餘量，以實現在較小加工量的情況下達到加工要求。
進一步的，所述步驟2包括以下詳細步驟：
步驟2.1：在步驟1所述的加工餘量確定出來後，加工餘量最大的數據點即可確定出來，其加工餘量為Ma。所使用工具機的加工能力在特定工作環境下是一定的，假設當其在轉速為n時，切削深度為ap可得到較好的加工質量,則其加工層數即為
步驟2.2：由於全區域編程時會將整個螺旋槳面全部進行加工編程，即進行全區域的銑削加工，且此時為精加工會控制工件的表面質量，切削深度不宜增大以避免切削振動造成的表面質量問題。所以在優先加工大餘量區域時，且並不是整數項時，可以適當降低切削進給速度，增加切削深度，以減少加工層的設置。各切削層設置如下：
其中：i為當前分區的加工層為第i層；h為當前加工層的切削深度；
在全區域範圍內進行精加工半精加工時的切深要控制在ap之下，以得到較好的表面質量。
進一步的，所述步驟3包括以下步驟：
步驟3.1：在確定了加工層為Nn後，當對第Nj層進行區域劃分時，可以將理論設計模型偏置到該加工層，其距離為該加工層以下幾個加工層厚度的和，即hj+1+…+hn。將偏置後的理論設計模型與毛坯模型對比，毛坯模型在理論設計模型之上的區域即為該加工層內的加工區域範圍。或者通過三維建模軟體的創建點功能，將加工餘量值在所選加工層範圍內的數據點，即加工餘量值大於等於hj+1+…+hn的數據點全部創建出來。通過創建出來的點，可以看出毛坯件的加工餘量分布情況以及分布規律。依據創建出的各數據點的分布規律選擇合適的分區方法進行加工分區。
步驟3.2：在所選加工層的加工區域確定後需要單獨劃分出來，以進行指定區域的編程。分區方法可以根據所選加工層內的加工區域分布的形狀特點予以選擇。具體的如下：
第一種為環形分區法。當所選加工層確定後，創建出該加工層內的測量點。由於螺旋槳上各測量點是沿著半徑的倍數呈環形分布的，所以當某一條截面線上的數據點的加工餘量均在所選加工層內，或者大部分在所選的加工餘量之內時，則以該截面線為參考基準，將螺旋槳加工區域進行分割，得到環形條狀區域。該區域即為所選加工層加工餘量較大的區域，需要進行加工編程。
第二種分區方法為圓形分區。當所選加工層確定後，創建出該加工層內的測量點。當某區域內僅有一個點或幾個相近的點為加工餘量較大的點時，則即以該區域內適當點為圓心，輸入適當的半徑創建圓形區域，將螺旋槳的加工面進行分割，得到圓形加工範圍。在加工選定的加工層時選擇該圓形區域進行加工編程即可。
第三種分區方法為選擇多個點創建封閉的樣條曲線進行分區。選定某一加工層後，創建出該加工層內的測量點。若在小塊區域內有數個大餘量點(加工餘量大於預定值的點)，則可以以創建出來的大餘量點為參考，在大餘量點周圍創建數個點，通過點創建出一條封閉的樣條曲線將大餘量點區域包含之內。再將此區域從螺旋槳的加工面中分割出來，作為該加工層的編程加工區域。
同樣的，當以理論設計模型與毛坯模型直接對比分析來確定各加工層內的加工區域時，根據所選加工層內的加工區域分布的形狀特點予以合理選擇分區方式。
步驟3.3：加工層從上往下依次劃分各加工層內的加工區域時，各加工層加工區域的劃分Si為第i層加工層的加工區域的面積，S為選工件全部加工區域的面積。Ji為加工餘量在第i層加工層範圍內的數據點的個數，J為所選工件數據點的總數。在分區過程中，具體的有：
步驟3.3.1：當選用偏置設計模型確定各加工層的加工區域範圍時：
步驟3.3.2：當選用通過創建各加工層加工餘量範圍內的數據點來判斷加工區域時：
進一步的，所述步驟5即為將編程後的文件，經過依據所用工具機的性能編制的後處理文件處理後，轉換為工具機可識別的運動代碼，即完成了編程操作，可以進行後續的加工操作。
有益效果：對於某一類型的螺旋槳在自動化加工編程時，依據企業當前所使用設備的加工範圍，通過實驗或經驗得出最優加工參數，並將這些加工參數固化下來，形成加工編程時的模板，對後續的同一類型的螺旋槳加工編程時便不再需要一一設定加工參數，直接使用模板選定進行分區後的螺旋槳所需加工的區域進行加工編程即可。可減少編程人員不必要的操作，以提高效率。採用本文中所述的分層選區加工編程方法會對不同品質的毛坯進行加工編程時有更強的適應能力，有效提高螺旋槳的加工效率。
附圖說明
圖1是本發明的流程圖。
圖2a至圖2d是某一半徑值處的測量點擬合曲線與標準點擬合曲線的剖面示意圖以及分層示意圖。
圖3a和圖3b是選定加工層後創建出加工餘量該加工層內的數據點並進行環形分區示意圖。
圖4a和圖4b是選定加工層後創建出加工餘量該加工層內的數據點並進行圓形分區示意圖
圖5a和圖5b是選定加工層後創建出加工餘量該加工層內的數據點並進行封閉樣條曲線分區示意圖。
具體實施方式
為了解決現有技術存在的問題，申請人對現有技術進行了深入地研究。提出了一下技術思路。
當某一螺旋槳投入生產製造時，其設計模型中各點的參數即為標準點數據。當毛坯生產製造完成後，需要對毛坯進行測量，在圓柱坐標系下毛坯上與設計模型的標準點具有相同的半徑及轉角的點即為測量點，測量所得數據即為測量點的數據。當採用的測量儀器具有電子記錄功能時，將會自動記錄下每個測量點的數據，並可以導出電子表格。將標準點數據與測量點數據進行對比，通過計算機計算得出每個標準點的軸向差值，也就是每個標準點軸向的理論加工餘量。在滿足加工公差要求的前提下，可以對理論加工餘量進行修正，得到實際的加工餘量值。
具體地，本發明所述的一種螺旋槳分層選區自動化加工編程的方法其特徵是在當前自動化加工編程技術的基礎上應用新的方法，對螺旋槳葉片進行分層，在不同的切削層上再對葉片進行分區，以實現改進當前的編程方法，提高對編程區域的柔性控制。包括以下步驟：
步驟1：由螺旋槳初始設計數據及使用螺距規、三維掃描儀等設備測得的毛坯數據對比分析得出各測量點的加工餘量。
步驟2：結合所用工具機的加工能力如主軸轉速、主軸扭矩、最大承載等確定各加工層的厚度及加工層數。
步驟3：確定出各加工層內的加工區域，將該加工層內需要加工的區域劃分出來。
步驟4：依次對各加工層內的加工區域使用加工模板實現快速編程。
步驟5：對編程完成後的加工刀路進行後處理，得到工具機可識別的運動代碼。
進一步的，步驟1包括以下步驟：
步驟1.1：由所加工螺旋槳的設計數據與製造後的螺旋槳毛培測量所得數據對比計算得出理論加工餘量。
步驟1.2：以測得的理論加工數據為基礎，結合螺旋槳加工要求中的螺距公差、形狀公差、葉厚公差等要求對各數據點進行加工餘量的調整，確定出最終的加工餘量，以實現在較小加工量的情況下達到加工要求。
進一步的，步驟2包括以下詳細步驟：
步驟2.1：在步驟1所述的加工餘量確定出來後，加工餘量最大的數據點即可確定出來，其加工餘量為Ma。所使用工具機的加工能力在特定工作環境下是一定的，假設當其在轉速為n時，切削深度為ap可得到較好的加工質量,則其加工層數即為
步驟2.2：由於全區域編程時會將整個螺旋槳面全部進行加工編程，即進行全區域的銑削加工，且當進行精加工半精加工時會注意控制工件的表面質量，切削深度不宜過大以避免切削振動造成的表面質量問題。所以在優先加工大餘量區域時，且並不是整數項時，可以適當降低切削進給速度，增加切削深度，以減少加工層的設置。各切削層設置如下：
其中：i——當前分區的加工層為第i層
h——當前加工層的切削深度
在全區域範圍內進行精加工半精加工時的切深要控制在ap之下，以得到較好的表面質量。
進一步的，步驟3包括以下步驟：
步驟3.1：在確定了加工層為Nn後，當對第Nj層進行區域劃分時，可以將理論設計模型偏置到該加工層，其距離為該加工層以下幾個加工層厚度的和，即hj+1+…+hn。將偏置後的理論設計模型與毛坯模型對比，毛坯模型在理論設計模型之上的區域即為該加工層內的加工區域範圍。或者通過三維建模軟體的創建點功能，將加工餘量值在所選加工層範圍內的數據點，即加工餘量值大於等於hj+1+…+hn的數據點全部創建出來。通過創建出來的點，可以看出毛坯件的加工餘量分布情況以及分布規律。依據創建出的各數據點的分布規律選擇合適的分區方法進行加工分區。
步驟3.2：在所選加工層的加工區域確定後需要單獨劃分出來，以進行指定區域的編程。分區方法可以根據所選加工層內的加工區域分布的形狀特點予以選擇。具體的如下：
第一種為環形分區法。當所選加工層確定後，創建出該加工層內的測量點。由於螺旋槳上各測量點是沿著半徑的倍數呈環形分布的，所以當某一條截面線上的數據點的加工餘量均在所選加工層內，或者大部分在所選的加工餘量之內時，則以該截面線為參考基準，將螺旋槳加工區域進行分割，得到環形條狀區域，如圖3a和圖3b所示。該區域即為所選加工層加工餘量較大的區域，需要進行加工編程。
第二種分區方法為圓形分區。當所選加工層確定後，創建出該加工層內的測量點。當某區域內僅有一個點或幾個相近的點為加工餘量較大的點時，則即以該區域內適當點為圓心，輸入適當的半徑創建圓形區域，將螺旋槳的加工面進行分割，得到圓形加工範圍，如圖4a和4b所示。在加工選定的加工層時選擇該圓形區域進行加工編程即可。
第三種分區方法為選擇多個點創建封閉的樣條曲線進行分區。選定某一加工層後，創建出該加工層內的測量點。若在小塊區域內有數個大餘量點，則可以以創建出來的大餘量點為參考，在大餘量點周圍創建數個點，通過點創建出一條封閉的樣條曲線將大餘量點區域包含之內。再將此區域從螺旋槳的加工面中分割出來，作為該加工層的編程加工區域，如圖5a和圖5b所示。
同樣的，當以理論設計模型與毛坯模型直接對比分析來確定各加工層內的加工區域時，根據所選加工層內的加工區域分布的形狀特點予以合理選擇分區方式。
步驟3.3：加工層從上往下依次劃分各加工層內的加工區域時，各加工層加工區域的劃分Si為第i層加工層的加工區域的面積，S為選工件全部加工區域的面積。Ji為加工餘量在第i層加工層範圍內的數據點的個數，J為所選工件數據點的總數。在分區過程中，具體的有：
步驟3.3.1：當選用偏置設計模型確定各加工層的加工區域範圍時：
步驟3.3.2：當選用通過創建各加工層加工餘量範圍內的數據點來判斷加工區域時：
進一步的，步驟4具體的為：對於某一類型的螺旋槳在自動化加工編程時，依據企業當前所使用設備的加工範圍，通過實驗或經驗得出最優加工參數，並將這些加工參數固化下來，形成加工編程時的模板，對後續的同一類型的螺旋槳加工編程時便不再需要一一設定加工參數，直接使用模板選定進行分區後的螺旋槳所需加工的區域進行加工編程即可。可減少編程人員不必要的操作，以提高效率。
進一步的，步驟5即為將編程後的文件，經過依據所用工具機的性能編制的後處理文件處理後，轉換為工具機可識別的運動代碼，即完成了編程操作，可以進行後續的加工操作。
同樣的，當以理論設計模型與毛坯模型直接對比分析來確定各加工層內的加工區域時，根據所選加工層內的加工區域分布的形狀特點予以合理選擇分區方式。
簡言之，本發明的螺旋槳分層選區加工編程方法,包括以下步驟：
1)將螺旋槳的設計數據與製造後毛坯測量的數據進行對比分析，得出各個數據點的加工餘量。2)結合所用工具機加工能力確定加工層及各加工層厚度。3)對各加工層內的加工區域進行劃分。4)採用加工模板實現快速編程。5)對編程完成後的加工刀路進行後處理，得到工具機可識別的運動代碼。
本發明中所述的分層選區編程方法對不同品質的毛坯進行加工編程時有更強的適應能力，能實現對指定區域的定向編程，對於加工餘量大的區域實現定向選區加工，有效提高螺旋槳的加工效率。
對於某一類型的螺旋槳在自動化加工編程時，依據企業當前所使用設備的加工範圍，通過實驗或經驗得出最優加工參數，並將這些加工參數固化下來，形成加工編程時的模板，對後續的同一類型的螺旋槳加工編程時便不再需要一一設定加工參數，直接使用模板選定進行分區後的螺旋槳所需加工的區域進行加工編程即可。可減少編程人員不必要的操作，以進一步提高效率。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬於本發明的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。