本發(fā)明涉及螺旋槳自動化加工制造領(lǐng)域，具體是一種螺旋槳分層選區(qū)自動化加工編程的方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前螺旋槳的加工已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化數(shù)控編程，對于螺旋槳的加工制造效率有了很大的提高。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)：

現(xiàn)有技術(shù)一對于大型鋁合金螺旋槳葉片五軸高速加工時，采取分段加工，不同部位不同的加工措施?，F(xiàn)有技術(shù)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?，F(xiàn)有技術(shù)三公開一種螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，克服了螺旋槳不均勻加工余量需要人工調(diào)整的不足。

上述三份文獻(xiàn)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于余量分布不均時進(jìn)行自動調(diào)整，得到均勻余量后再加工。但是對于本發(fā)明中所述的針對余量分布不均時，對大余量區(qū)域進(jìn)行定向定位的加工編程均未有涉及。

編程技術(shù)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(shí)現(xiàn)對指定區(qū)域的定向加工，導(dǎo)致螺旋槳的生產(chǎn)制造周期較為漫長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于改善當(dāng)前螺旋槳自動化加工編程時柔性較差、適應(yīng)性不足的問題；改進(jìn)編程方法，提高加工效率，縮短加工時間。降低成產(chǎn)成本，提高企業(yè)收益。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種螺旋槳分層選區(qū)自動化加工編程的方法，在當(dāng)前自動化加工編程技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用新的方法，對螺旋槳葉片進(jìn)行分層，在不同的切削層上再對葉片進(jìn)行分區(qū)，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)當(dāng)前的編程方法，提高對編程區(qū)域的柔性控制。包括以下步驟：

步驟1：由螺旋槳初始設(shè)計數(shù)據(jù)及使用螺距規(guī)、三維掃描儀等設(shè)備測得的毛坯數(shù)據(jù)對比分析得出各測量點(diǎn)的加工余量。

步驟2：結(jié)合所用機(jī)床的加工能力如主軸轉(zhuǎn)速、主軸扭矩、最大承載等確定各加工層的厚度及加工層數(shù)。

步驟3：確定出各加工層內(nèi)的加工區(qū)域，將該加工層內(nèi)需要加工的區(qū)域劃分出來。

步驟4：依次對各加工層內(nèi)的加工區(qū)域使用加工模板實(shí)現(xiàn)快速編程。

步驟5：對編程完成后的加工刀路進(jìn)行后處理，得到機(jī)床可識別的運(yùn)動代碼。

進(jìn)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(shè)計數(shù)據(jù)與制造后的螺旋槳毛培測量所得數(shù)據(jù)對比計算得出理論加工余量。

步驟1.2：以測得的理論加工數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)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(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行加工余量的調(diào)整，確定出最終的加工余量，以實(shí)現(xiàn)在較小加工量的情況下達(dá)到加工要求。

進(jìn)一步的，所述步驟2包括以下詳細(xì)步驟：

步驟2.1：在步驟1所述的加工余量確定出來后，加工余量最大的數(shù)據(jù)點(diǎn)即可確定出來，其加工余量為Ma。所使用機(jī)床的加工能力在特定工作環(huán)境下是一定的，假設(shè)當(dāng)其在轉(zhuǎn)速為n時，切削深度為ap可得到較好的加工質(zhì)量,則其加工層數(shù)即為

步驟2.2：由于全區(qū)域編程時會將整個螺旋槳面全部進(jìn)行加工編程，即進(jìn)行全區(qū)域的銑削加工，且此時為精加工會控制工件的表面質(zhì)量，切削深度不宜增大以避免切削振動造成的表面質(zhì)量問題。所以在優(yōu)先加工大余量區(qū)域時，且并不是整數(shù)項(xiàng)時，可以適當(dāng)降低切削進(jìn)給速度，增加切削深度，以減少加工層的設(shè)置。各切削層設(shè)置如下：

其中：i為當(dāng)前分區(qū)的加工層為第i層；h為當(dāng)前加工層的切削深度；

在全區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)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(zhì)量。

進(jìn)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N_n后，當(dāng)對第N_j層進(jìn)行區(qū)域劃分時，可以將理論設(shè)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h_j+1+…+h_n。將偏置后的理論設(shè)計模型與毛坯模型對比，毛坯模型在理論設(shè)計模型之上的區(qū)域即為該加工層內(nèi)的加工區(qū)域范圍?；蛘咄ㄟ^三維建模軟件的創(chuàng)建點(diǎn)功能，將加工余量值在所選加工層范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即加工余量值大于等于h_j+1+…+h_n的數(shù)據(jù)點(diǎn)全部創(chuàng)建出來。通過創(chuàng)建出來的點(diǎn)，可以看出毛坯件的加工余量分布情況以及分布規(guī)律。依據(jù)創(chuàng)建出的各數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布規(guī)律選擇合適的分區(qū)方法進(jìn)行加工分區(qū)。

步驟3.2：在所選加工層的加工區(qū)域確定后需要單獨(dú)劃分出來，以進(jìn)行指定區(qū)域的編程。分區(qū)方法可以根據(jù)所選加工層內(nèi)的加工區(qū)域分布的形狀特點(diǎn)予以選擇。具體的如下：

第一種為環(huán)形分區(qū)法。當(dāng)所選加工層確定后，創(chuàng)建出該加工層內(nèi)的測量點(diǎn)。由于螺旋槳上各測量點(diǎn)是沿著半徑的倍數(shù)呈環(huán)形分布的，所以當(dāng)某一條截面線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)的加工余量均在所選加工層內(nèi)，或者大部分在所選的加工余量之內(nèi)時，則以該截面線為參考基準(zhǔn)，將螺旋槳加工區(qū)域進(jìn)行分割，得到環(huán)形條狀區(qū)域。該區(qū)域即為所選加工層加工余量較大的區(qū)域，需要進(jìn)行加工編程。

第二種分區(qū)方法為圓形分區(qū)。當(dāng)所選加工層確定后，創(chuàng)建出該加工層內(nèi)的測量點(diǎn)。當(dāng)某區(qū)域內(nèi)僅有一個點(diǎn)或幾個相近的點(diǎn)為加工余量較大的點(diǎn)時，則即以該區(qū)域內(nèi)適當(dāng)點(diǎn)為圓心，輸入適當(dāng)?shù)陌霃絼?chuàng)建圓形區(qū)域，將螺旋槳的加工面進(jìn)行分割，得到圓形加工范圍。在加工選定的加工層時選擇該圓形區(qū)域進(jìn)行加工編程即可。

第三種分區(qū)方法為選擇多個點(diǎn)創(chuàng)建封閉的樣條曲線進(jìn)行分區(qū)。選定某一加工層后，創(chuàng)建出該加工層內(nèi)的測量點(diǎn)。若在小塊區(qū)域內(nèi)有數(shù)個大余量點(diǎn)(加工余量大于預(yù)定值的點(diǎn))，則可以以創(chuàng)建出來的大余量點(diǎn)為參考，在大余量點(diǎn)周圍創(chuàng)建數(shù)個點(diǎn)，通過點(diǎn)創(chuàng)建出一條封閉的樣條曲線將大余量點(diǎn)區(qū)域包含之內(nèi)。再將此區(qū)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(qū)域。

同樣的，當(dāng)以理論設(shè)計模型與毛坯模型直接對比分析來確定各加工層內(nèi)的加工區(qū)域時，根據(jù)所選加工層內(nèi)的加工區(qū)域分布的形狀特點(diǎn)予以合理選擇分區(qū)方式。

步驟3.3：加工層從上往下依次劃分各加工層內(nèi)的加工區(qū)域時，各加工層加工區(qū)域的劃分S_i為第i層加工層的加工區(qū)域的面積，S為選工件全部加工區(qū)域的面積。J_i為加工余量在第i層加工層范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的個數(shù)，J為所選工件數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)。在分區(qū)過程中，具體的有：

步驟3.3.1：當(dāng)選用偏置設(shè)計模型確定各加工層的加工區(qū)域范圍時：

步驟3.3.2：當(dāng)選用通過創(chuàng)建各加工層加工余量范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)來判斷加工區(qū)域時：

進(jìn)一步的，所述步驟5即為將編程后的文件，經(jīng)過依據(jù)所用機(jī)床的性能編制的后處理文件處理后，轉(zhuǎn)換為機(jī)床可識別的運(yùn)動代碼，即完成了編程操作，可以進(jìn)行后續(xù)的加工操作。

有益效果：對于某一類型的螺旋槳在自動化加工編程時，依據(jù)企業(yè)當(dāng)前所使用設(shè)備的加工范圍，通過實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)得出最優(yōu)加工參數(shù)，并將這些加工參數(shù)固化下來，形成加工編程時的模板，對后續(xù)的同一類型的螺旋槳加工編程時便不再需要一一設(shè)定加工參數(shù)，直接使用模板選定進(jìn)行分區(qū)后的螺旋槳所需加工的區(qū)域進(jìn)行加工編程即可?？蓽p少編程人員不必要的操作，以提高效率。采用本文中所述的分層選區(qū)加工編程方法會對不同品質(zhì)的毛坯進(jìn)行加工編程時有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，有效提高螺旋槳的加工效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖。

圖2a至圖2d是某一半徑值處的測量點(diǎn)擬合曲線與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)擬合曲線的剖面示意圖以及分層示意圖。

圖3a和圖3b是選定加工層后創(chuàng)建出加工余量該加工層內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)并進(jìn)行環(huán)形分區(qū)示意圖。

圖4a和圖4b是選定加工層后創(chuàng)建出加工余量該加工層內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)并進(jìn)行圓形分區(qū)示意圖

圖5a和圖5b是選定加工層后創(chuàng)建出加工余量該加工層內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)并進(jìn)行封閉樣條曲線分區(qū)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，申請人對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了深入地研究。提出了一下技術(shù)思路。

當(dāng)某一螺旋槳投入生產(chǎn)制造時，其設(shè)計模型中各點(diǎn)的參數(shù)即為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)毛坯生產(chǎn)制造完成后，需要對毛坯進(jìn)行測量，在圓柱坐標(biāo)系下毛坯上與設(shè)計模型的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)具有相同的半徑及轉(zhuǎn)角的點(diǎn)即為測量點(diǎn)，測量所得數(shù)據(jù)即為測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。當(dāng)采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(diǎn)的數(shù)據(jù)，并可以導(dǎo)出電子表格。將標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)與測量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，通過計算機(jī)計算得出每個標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的軸向差值，也就是每個標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)軸向的理論加工余量。在滿足加工公差要求的前提下，可以對理論加工余量進(jìn)行修正，得到實(shí)際的加工余量值。

具體地，本發(fā)明所述的一種螺旋槳分層選區(qū)自動化加工編程的方法其特征是在當(dāng)前自動化加工編程技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用新的方法，對螺旋槳葉片進(jìn)行分層，在不同的切削層上再對葉片進(jìn)行分區(qū)，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)當(dāng)前的編程方法，提高對編程區(qū)域的柔性控制。包括以下步驟：

步驟1：由螺旋槳初始設(shè)計數(shù)據(jù)及使用螺距規(guī)、三維掃描儀等設(shè)備測得的毛坯數(shù)據(jù)對比分析得出各測量點(diǎn)的加工余量。

步驟2：結(jié)合所用機(jī)床的加工能力如主軸轉(zhuǎn)速、主軸扭矩、最大承載等確定各加工層的厚度及加工層數(shù)。

步驟3：確定出各加工層內(nèi)的加工區(qū)域，將該加工層內(nèi)需要加工的區(qū)域劃分出來。

步驟4：依次對各加工層內(nèi)的加工區(qū)域使用加工模板實(shí)現(xiàn)快速編程。

步驟5：對編程完成后的加工刀路進(jìn)行后處理，得到機(jī)床可識別的運(yùn)動代碼。

進(jìn)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(shè)計數(shù)據(jù)與制造后的螺旋槳毛培測量所得數(shù)據(jù)對比計算得出理論加工余量。

步驟1.2：以測得的理論加工數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)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(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行加工余量的調(diào)整，確定出最終的加工余量，以實(shí)現(xiàn)在較小加工量的情況下達(dá)到加工要求。

進(jìn)一步的，步驟2包括以下詳細(xì)步驟：

步驟2.1：在步驟1所述的加工余量確定出來后，加工余量最大的數(shù)據(jù)點(diǎn)即可確定出來，其加工余量為Ma。所使用機(jī)床的加工能力在特定工作環(huán)境下是一定的，假設(shè)當(dāng)其在轉(zhuǎn)速為n時，切削深度為ap可得到較好的加工質(zhì)量,則其加工層數(shù)即為

步驟2.2：由于全區(qū)域編程時會將整個螺旋槳面全部進(jìn)行加工編程，即進(jìn)行全區(qū)域的銑削加工，且當(dāng)進(jìn)行精加工半精加工時會注意控制工件的表面質(zhì)量，切削深度不宜過大以避免切削振動造成的表面質(zhì)量問題。所以在優(yōu)先加工大余量區(qū)域時，且并不是整數(shù)項(xiàng)時，可以適當(dāng)降低切削進(jìn)給速度，增加切削深度，以減少加工層的設(shè)置。各切削層設(shè)置如下：

其中：i——當(dāng)前分區(qū)的加工層為第i層

h——當(dāng)前加工層的切削深度

在全區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)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(zhì)量。

進(jìn)一步的，步驟3包括以下步驟：

步驟3.1：在確定了加工層為N_n后，當(dāng)對第N_j層進(jìn)行區(qū)域劃分時，可以將理論設(shè)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h_j+1+…+h_n。將偏置后的理論設(shè)計模型與毛坯模型對比，毛坯模型在理論設(shè)計模型之上的區(qū)域即為該加工層內(nèi)的加工區(qū)域范圍?；蛘咄ㄟ^三維建模軟件的創(chuàng)建點(diǎn)功能，將加工余量值在所選加工層范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即加工余量值大于等于h_j+1+…+h_n的數(shù)據(jù)點(diǎn)全部創(chuàng)建出來。通過創(chuàng)建出來的點(diǎn)，可以看出毛坯件的加工余量分布情況以及分布規(guī)律。依據(jù)創(chuàng)建出的各數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布規(guī)律選擇合適的分區(qū)方法進(jìn)行加工分區(qū)。

步驟3.2：在所選加工層的加工區(qū)域確定后需要單獨(dú)劃分出來，以進(jìn)行指定區(qū)域的編程。分區(qū)方法可以根據(jù)所選加工層內(nèi)的加工區(qū)域分布的形狀特點(diǎn)予以選擇。具體的如下：

第一種為環(huán)形分區(qū)法。當(dāng)所選加工層確定后，創(chuàng)建出該加工層內(nèi)的測量點(diǎn)。由于螺旋槳上各測量點(diǎn)是沿著半徑的倍數(shù)呈環(huán)形分布的，所以當(dāng)某一條截面線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)的加工余量均在所選加工層內(nèi)，或者大部分在所選的加工余量之內(nèi)時，則以該截面線為參考基準(zhǔn)，將螺旋槳加工區(qū)域進(jìn)行分割，得到環(huán)形條狀區(qū)域，如圖3a和圖3b所示。該區(qū)域即為所選加工層加工余量較大的區(qū)域，需要進(jìn)行加工編程。

第二種分區(qū)方法為圓形分區(qū)。當(dāng)所選加工層確定后，創(chuàng)建出該加工層內(nèi)的測量點(diǎn)。當(dāng)某區(qū)域內(nèi)僅有一個點(diǎn)或幾個相近的點(diǎn)為加工余量較大的點(diǎn)時，則即以該區(qū)域內(nèi)適當(dāng)點(diǎn)為圓心，輸入適當(dāng)?shù)陌霃絼?chuàng)建圓形區(qū)域，將螺旋槳的加工面進(jìn)行分割，得到圓形加工范圍，如圖4a和4b所示。在加工選定的加工層時選擇該圓形區(qū)域進(jìn)行加工編程即可。

第三種分區(qū)方法為選擇多個點(diǎn)創(chuàng)建封閉的樣條曲線進(jìn)行分區(qū)。選定某一加工層后，創(chuàng)建出該加工層內(nèi)的測量點(diǎn)。若在小塊區(qū)域內(nèi)有數(shù)個大余量點(diǎn)，則可以以創(chuàng)建出來的大余量點(diǎn)為參考，在大余量點(diǎn)周圍創(chuàng)建數(shù)個點(diǎn)，通過點(diǎn)創(chuàng)建出一條封閉的樣條曲線將大余量點(diǎn)區(qū)域包含之內(nèi)。再將此區(qū)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(qū)域，如圖5a和圖5b所示。

同樣的，當(dāng)以理論設(shè)計模型與毛坯模型直接對比分析來確定各加工層內(nèi)的加工區(qū)域時，根據(jù)所選加工層內(nèi)的加工區(qū)域分布的形狀特點(diǎn)予以合理選擇分區(qū)方式。

步驟3.3：加工層從上往下依次劃分各加工層內(nèi)的加工區(qū)域時，各加工層加工區(qū)域的劃分S_i為第i層加工層的加工區(qū)域的面積，S為選工件全部加工區(qū)域的面積。J_i為加工余量在第i層加工層范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的個數(shù)，J為所選工件數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)。在分區(qū)過程中，具體的有：

步驟3.3.1：當(dāng)選用偏置設(shè)計模型確定各加工層的加工區(qū)域范圍時：

步驟3.3.2：當(dāng)選用通過創(chuàng)建各加工層加工余量范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)來判斷加工區(qū)域時：

進(jìn)一步的，步驟4具體的為：對于某一類型的螺旋槳在自動化加工編程時，依據(jù)企業(yè)當(dāng)前所使用設(shè)備的加工范圍，通過實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)得出最優(yōu)加工參數(shù)，并將這些加工參數(shù)固化下來，形成加工編程時的模板，對后續(xù)的同一類型的螺旋槳加工編程時便不再需要一一設(shè)定加工參數(shù)，直接使用模板選定進(jìn)行分區(qū)后的螺旋槳所需加工的區(qū)域進(jìn)行加工編程即可?？蓽p少編程人員不必要的操作，以提高效率。

進(jìn)一步的，步驟5即為將編程后的文件，經(jīng)過依據(jù)所用機(jī)床的性能編制的后處理文件處理后，轉(zhuǎn)換為機(jī)床可識別的運(yùn)動代碼，即完成了編程操作，可以進(jìn)行后續(xù)的加工操作。

同樣的，當(dāng)以理論設(shè)計模型與毛坯模型直接對比分析來確定各加工層內(nèi)的加工區(qū)域時，根據(jù)所選加工層內(nèi)的加工區(qū)域分布的形狀特點(diǎn)予以合理選擇分區(qū)方式。

簡言之，本發(fā)明的螺旋槳分層選區(qū)加工編程方法,包括以下步驟：

1)將螺旋槳的設(shè)計數(shù)據(jù)與制造后毛坯測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出各個數(shù)據(jù)點(diǎn)的加工余量。2)結(jié)合所用機(jī)床加工能力確定加工層及各加工層厚度。3)對各加工層內(nèi)的加工區(qū)域進(jìn)行劃分。4)采用加工模板實(shí)現(xiàn)快速編程。5)對編程完成后的加工刀路進(jìn)行后處理，得到機(jī)床可識別的運(yùn)動代碼。

本發(fā)明中所述的分層選區(qū)編程方法對不同品質(zhì)的毛坯進(jìn)行加工編程時有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，能實(shí)現(xiàn)對指定區(qū)域的定向編程，對于加工余量大的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)定向選區(qū)加工，有效提高螺旋槳的加工效率。

對于某一類型的螺旋槳在自動化加工編程時，依據(jù)企業(yè)當(dāng)前所使用設(shè)備的加工范圍，通過實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)得出最優(yōu)加工參數(shù)，并將這些加工參數(shù)固化下來，形成加工編程時的模板，對后續(xù)的同一類型的螺旋槳加工編程時便不再需要一一設(shè)定加工參數(shù)，直接使用模板選定進(jìn)行分區(qū)后的螺旋槳所需加工的區(qū)域進(jìn)行加工編程即可。可減少編程人員不必要的操作，以進(jìn)一步提高效率。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。