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1、(10)申请公布号 CN 103136426 A(43)申请公布日 2013.06.05CN103136426A*CN103136426A*(21)申请号 201310064932.8(22)申请日 2013.03.01G06F 17/50(2006.01)(71)申请人西北工业大学地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人程云勇 朱真真 汪文虎 王增强王丽雅 李维亮 杨杰(74)专利代理机构西北工业大学专利中心 61204代理人王鲜凯(54) 发明名称航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法(57) 摘要本发明公开了一种航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法，用于解决现有技术加。
2、工圆弧形前后缘叶片难以建立工艺模型的技术问题。技术方案是首先根据叶片前缘曲线与叶盆、叶背曲线相切的特点，利用叶片前缘曲线端点处的两条切线及其角平分线，以及叶片的前缘点等几何信息，并根据设定的前缘工艺模型的前缘点与原CAD模型前缘点的距离大小，来确定满足要求的前缘工艺模型。工程应用中用户只需根据实际需求，设定前后缘工艺余量，即可快速得到准确的圆弧形前后缘叶片工艺模型，用以指导航空叶片的高质量加工。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号 CN 103136426 ACN。
3、 103136426 A1/1页21.一种航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、读入航空叶片CAD模型；步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面，前缘曲线L与叶盆、叶背切点分别记为P1、P2，求P1、P2处切线L1、L2及两切线的交点O(Ox,Oy)；前缘曲线所在圆的方程为：(x-x0)2+(y-y0)2=r2其中，圆心为(x0,y0)，半径为r；计算曲线上任一点的斜率为ki=(xi-x0)/(yi-y0)，其中(xi,yi)为曲线上任一点，则曲线上任一点(xi,yi)的切线方程：y=yi+ki(x-xi)；由P1处的斜率k1求得该点处的切线L1分别为y=y1+k。
4、1(x-x1)，由P2处的斜率k2求得两点处的切线L2分别为y=y2+k2(x-x2)；则两切线的交点O(Ox,Oy)的坐标为步骤三、计算步骤二中两切线所成夹角的角平分线L3，利用公式求出角平分线的切线斜率k，则角平分线为y3=Oy+k(x3-Ox)；步骤四、计算步骤三中角平分线L3与前缘曲线L的交点，即为圆弧形前缘的前缘点P0；步骤五、设定工艺余量，以前缘点P0为基准，沿P0O的方向，求到点P0的距离为的直线作L4；步骤六、求出与L1、L2、L4同时相切的圆，利用点(xm,ym)到直线Ax+By+C=0的距离公式首先在L3上找圆心M(mx,my)到L1、L2、L4的距离相等；并求出该距离dm。
5、，作为相切圆M的半径；切点分别记为T1、T2、T3,截取相应的圆弧段，并光滑连结线段T1P1、T2P2及圆弧T1T2，曲线段P1T3P2即为航空叶片圆弧形前缘工艺模型。权 利 要 求 书CN 103136426 A1/4页3航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法技术领域0001 本发明涉及一种航空叶片前后缘工艺模型生成方法，特别是涉及一种航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法。背景技术0002 航空发动机内部基本由一系列叶片组成，如涡轮叶片、压气机叶片、风扇叶片等；航空叶片作为发动机的核心零件，其模型多为自由曲面，成型工艺较为复杂；与此同时，叶片型面的设计和制造水平在很大程度上决定了发动机的性能；。
6、因此航空叶片的制造技术是机械制造业中较为复杂的技术之一。0003 航空叶片的制造主要包括了熔模精铸、数控加工与点解加工等方法。采用数控加工的方法进行薄壁叶片加工，容易产生较大的变形问题，且由于工件、刀具、夹具和机床组成的工艺系统本身的问题，在叶片加工时会产生过切或加工不到的现象；如果直接基于叶片CAD模型进行加工，会导致叶片形状精度难以控制的问题，从而影响叶片的加工质量。现有技术对叶片加工质量的改善是基于反变形的思想对叶片成型过程中的误差进行反变形补偿；对叶片工艺模型的研究主要是基于叶片熔模精铸成型方法建立铸造工艺模型。针对航空薄壁叶片的数控加工，在叶片CAD模型的基础上，考虑叶片叶身部位叶盆。
7、、叶背、前缘及后缘区域的余量分布情况，建立叶片的数控加工工艺模型，对于保证叶片加工质量具有重要的应用价值。发明内容0004 为了克服现有技术加工圆弧形前后缘叶片难以建立工艺模型的不足，本发明提供一种航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法。该方法根据叶片前缘曲线与叶盆、叶背曲线相切的特点，利用叶片前缘曲线端点处的两条切线及其角平分线，以及叶片的前缘点等几何信息，并根据设定的前缘工艺模型的前缘点与原CAD模型前缘点的距离大小，来确定满足要求的前缘工艺模型。工程应用中用户只需根据实际需求，设定前后缘工艺余量，即可快速得到准确的圆弧形前后缘叶片工艺模型，用以指导航空叶片的高质量加工。0005 本发明解决。
8、其技术问题所采用的技术方案是：一种航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法，其特点是包括以下步骤：0006 步骤一、读入航空叶片CAD模型；0007 步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面，前缘曲线L与叶盆、叶背切点分别记为P1、P2，求P1、P2处切线L1、L2及两切线的交点O(Ox,Oy)；0008 前缘曲线所在圆的方程为：(x-x0)2+(y-y0)2=r2其中，圆心为(x0,y0)，半径为r；计算曲线上任一点的斜率为ki=(xi-x0)/(yi-y0)，其中(xi,yi)为曲线上任一点，则曲线上任一点(xi,yi)的切线方程：y=yi+ki(x-xi)；0009 由P1处的斜率k1求得该点。
9、处的切线L1分别为y=y1+k1(x-x1)，由P2处的斜率k2求得两点处的切线L2分别为y=y2+k2(x-x2)；则两切线的交点O(Ox,Oy)的坐标为说 明 书CN 103136426 A2/4页40010 步骤三、计算步骤二中两切线所成夹角的角平分线L3，利用公式求出角平分线的切线斜率k，则角平分线为y3=Oy+k(x3-Ox)；0011 步骤四、计算步骤三中角平分线L3与前缘曲线L的交点，即为圆弧形前缘的前缘点P0；0012 步骤五、设定工艺余量，以前缘点P0为基准，沿P0O的方向，求到点P0的距离为的直线作L4；0013 步骤六、求出与L1、L2、L4同时相切的圆，利用点(xm,y。
10、m)到直线Ax+By+C=0的距离公式首先在L3上找圆心M(mx,my)到L1、L2、L4的距离相等；并求出该距离dm，作为相切圆M的半径；切点分别记为T1、T2、T3,截取相应的圆弧段，并光滑连结线段T1P1T2P2及圆弧T1T2，曲线段P1T3P2即为航空叶片圆弧形前缘工艺模型。0014 本发明的有益效果是：由于根据叶片前缘曲线与叶盆、叶背曲线相切的特点，利用叶片前缘曲线端点处的两条切线及其角平分线，以及叶片的前缘点等几何信息，并根据设定的前缘工艺模型的前缘点与原CAD模型前缘点的距离大小，来确定满足要求的前缘工艺模型。工程应用中用户只需根据实际需求，设定前后缘工艺余量，即可快速得到准确的。
11、圆弧形前后缘叶片工艺模型，用以指导航空叶片的高质量加工。0015 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。附图说明0016 图1是本发明航空叶片圆弧形前缘工艺模型生成方法的流程图。0017 图2是本发明方法航空叶片圆弧形前缘工艺模型生成方法的过程示意图。0018 图3是本发明方法实施实例生成的航空叶片圆弧形前缘工艺模型示意图。具体实施方式0019 参照图13。本发明航空叶片圆弧形前后缘工艺模型生成方法具体步骤如下：0020 步骤一、读入航空叶片CAD模型；0021 步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面，前缘曲线L与叶盆、叶背切点分别记为P1、P2，求P1、P2处切线L1、L2及两切线的交点O。
12、(Ox,Oy)；0022 前缘曲线所在圆的方程为：(x-x0)2+(y-y0)2=r2其中，圆心为(x0,y0)，半径为r；计算曲线上任一点的斜率为ki=(xi-x0)/(yi-y0)，其中(xi,yi)为曲线上任一点，则曲线上任一点(xi,yi)的切线方程：y=yi+ki(x-xi)；0023 由P1处的斜率k1求得该点处的切线L1分别为y=y1+k1(x-x1)，由P2处的斜率k2求得两点处的切线L2分别为y=y2+k2(x-x2)；则两切线的交点O(Ox,Oy)的坐标为说 明 书CN 103136426 A3/4页50024 步骤三、计算步骤二中两切线所成夹角的角平分线L3，利用公式求出。
13、角平分线的切线斜率k，则角平分线为y3=Oy+k(x3-Ox)；0025 步骤四、计算步骤三中角平分线L3与前缘曲线L的交点，即为圆弧形前缘的前缘点P0；0026 步骤五、设定工艺余量，以前缘点P0为基准，沿P0O的方向，求到点P0的距离为的直线作L4；0027 步骤六、求出与L1、L2、L4同时相切的圆，利用点(xm,ym)到直线Ax+By+C=0的距离公式首先在L3上找圆心M(mx,my)到L1、L2、L4的距离相等；并求出该距离dm，作为相切圆M的半径；切点分别记为T1、T2、T3,截取相应的圆弧段，并光滑连结线段T1P1、T2P2及圆弧T1T2，曲线段P1T3P2即为航空叶片圆弧形前缘。
14、工艺模型。0028 应用实施例：0029 该实施例为某型发动机圆弧形前缘叶片，圆弧形前缘所在圆方程为(x-32.73)2+(y+3.34)2=0.282，前缘曲线L与叶盆、叶背切点分别为P1(32.77，-3.62)、P2(32.71，-3.06)；0030 结合附图和实施例对本发明圆弧形前后缘工艺模型生成方法的进行详细说明，具体步骤如下：0031 步骤一、读入叶片CAD模型；0032 步骤二、沿垂直Z向截取航空叶片某一截面，前缘曲线L与叶盆、叶背切点分别记为P1、P2，求P1、P2处切线L1、L2及两切线的交点O(Ox,Oy)；0033 前缘曲线所在圆的方程为：(x-x0)2+(y-y0)2。
15、=r2其中，圆心为(x0,y0)，半径为r；计算曲线上任一点的斜率为ki=(xi-x0)/(yi-y0)，其中(xi,yi)为曲线上任一点，则曲线上任一点(xi,yi)的切线方程：y=yi+ki(x-xi)；0034 由P1处的斜率k1求得该点处的切线L1分别为y=y1+k1(x-x1)，由P2处的斜率k2求得两点处的切线L2分别为y=y2+k2(x-x2)；则两切线的交点O(Ox,Oy)的坐标为0035 步骤三、计算步骤二中两切线所成夹角的角平分线L3：利用公式求出角平分线的切线斜率k，则角平分线为y3=Oy+k(x3-Ox)；0036 步骤四、计算步骤三中角平分线L3与前缘曲线L的交点，即。
16、为圆弧形前缘的前缘点P0；0037 步骤五、设定工艺余量=0.15mm，以前缘点P0为基准，沿着P0O方向，求到点P0的距离为的直线L4；0038 步骤六、求出与L1、L2、L4同时相切的圆：利用点(xm,ym)到直线Ax+By+C=0的距离公式首先在L3上找圆心M(mx,my)到L1、L2、L4的距离相等；并求出该距离dm，作为相切圆M的半径；切点分别记为T1、T2、T3,截取相应的圆弧段，并光滑连结线段说 明 书CN 103136426 A4/4页6T1P1、T2P2及圆弧T1T2，曲线段P1T3P2即为航空叶片圆弧形前缘工艺模型。0039 通过上述几个步骤所生成的叶片所选截面圆弧形前缘的工艺模型如图3所示。其中，前缘工艺模型的圆弧段T1T2所在圆为(x-32.88)2+(y+3.32)2=0.272，且T1(32.93,-3.59)、T2(32.87,-3.05)。0040 综上所述，本发明方法在工程应用中，通过导入CAD模型及设定工艺误差，即可生成航空叶片的加工工艺模型，进而指导航空叶片的加工，可以有效避免航空叶片加工过程中前后缘处可能出现的过切问题，从而保证航空叶片的加工质量。说 明 书CN 103136426 A1/2页7图1说 明 书 附 图CN 103136426 A2/2页8图2图3说 明 书 附 图CN 103136426 A。