● 摘要
叶片是航空发动机的重要零件，同时也是最难加工的零件之一。五坐标数控机床的使用一定程度上使具有空间复杂自由曲面的叶片的型面加工成为可能。但是尽管五坐标数控机床为复杂母线刀具的使用提供了技术条件，长期以来叶片的加工，尤其是叶片上组合过渡曲面的加工仍停留在以球头刀为加工工具的方法上。然而球头刀加工带宽较窄，整体地降低了叶片的加工效率。为实现复杂母线刀具在五坐标数控加工编程中的灵活运用，以及以叶根过渡曲面为代表的叶片难加工区域的宽行加工，本文首先设计一款针对航空发动机叶片的宽行加工编程的复杂曲面宽行加工编程软件，然后通过研究叶根过渡曲面的特点和加工刀位的特点提出一种新的可实现宽行加工的清根刀位优化算法。
(1) 分析了复杂曲面宽行加工编程软件的系统需求，基于系统需求设计了总体框架，并给出了软件的层次结构和功能模块，基于以上条件设计了系统界面并整理了原形编程系统。首先设计和整理了系统的数据结构，将系统模块化、清晰化。其次进行了系统的核心功能的详细设计，疏通核心功能的层次条理。然后在此基础上以实用性为目标进行系统的界面设计。最后利用该软件并对某具体模型进行了刀具轨迹计算。
(2) 利用环面工具加工过渡曲面时容易发生整体干涉，主要原因是缺乏对该类型复杂刀具加工特别复杂区域时刀位可行域的研究。虽然采用常规的优化方法在大范围内对可行刀位进行搜索是可行的，但是需要耗费大量计算时间。为了避免刀具与过渡曲面的干涉并同时提高过渡曲面的加工效率，研究一种更加符合此区域结构特点的刀位优化算法，使得叶根过渡曲面得以无干涉地整体宽行加工。通过对典型的叶根过渡曲面的可行刀位进行研究，发现其可行域边界呈现盾形结构，且行宽最大的刀位位于该盾形的两个边界上，有时位于该边界的端点上并可能与该边界的端点重合。根据该原理提出一种沿着盾形边界搜索行宽最大的刀位姿态的方法，最优化应用刀位可行域以获得高效加工效率。
(3) 介绍了本文算法在本文软件中的实现，并以UG4.0平台为例进行了软件的操作方法说明，最后分别进行了与UG4.0算法的对比加工试验，以及以某航空发动机叶片为例进行了整体的磨削加工的刀位计算和仿真加工，验证了本文设计软件的和提出的清根算法在叶根过渡曲面加工中的有效性。