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《南京航空航天大学》 2009年
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复杂整体叶轮数控加工关键技术研究

姬俊锋  
【摘要】: 整体叶轮是航空发动机和各类透平机械的关键部件,随着发动机性能要求的提高,整体叶轮的形状也更趋复杂,其特点是:叶片薄,扭曲大,叶片间隔小。这给整体叶轮的制造加工带来了极大的困难。五坐标数控铣削加工柔性好,加工效率高,适用广泛,是整体叶轮加工常用的方法之一。 本文研究了整体叶轮五坐标数控加工中的一些关键技术。以一类开式整体叶轮为例,提出了一套适合于整体叶轮数控加工编程的核心算法,解决了一些关键技术问题。论文主要内容及成果如下: 研究了五坐标数控加工编程基础算法。分析了五坐标数控加工中非线性误差产生的原因,建立了适用于五坐标数控加工的非线性误差计算模型。针对五坐标数控加工中刀轴矢量的转动会产生非线性误差及刀轴矢量受机床转动行程限制的问题,提出了满足允许加工误差的五坐标数控加工刀具轨迹计算方法。提出了一种五坐标数控编程过程中刀轴矢量平滑处理方法:根据刀轨特征,在一条刀具路径上设置数个无干涉关键刀轴矢量,通过两阶段三次B样条函数插值,建立平滑过渡刀轴矢量函数,将刀轴矢量与刀具路径上的刀位点一一对应起来,实现了刀轴矢量的平滑过渡。改进弦截法计算走刀步长,获得刀位数据。 研究了裁剪曲面叶片刀具轨迹计算方法。首先根据裁剪曲面叶片特征,将裁剪后叶片曲面参数域重新映射到一个规范化参数域,从而可以在该规范化参数域上方便地规划与叶片边界相匹配的刀具轨迹。在此基础上,根据自由曲面叶片点铣加工要求,提出了满足允许加工误差的等参数螺旋刀具轨迹计算方法。提出了整体叶轮数控加工无干涉平滑过渡刀轴矢量计算方法。选取叶片若干截面等参线,在每个截面等参线上的关键位置设置指向流道开口处的无干涉关键刀轴矢量并建立平滑过渡刀轴矢量函数,然后沿叶高参数方向再进行插值,最终得到整体叶轮无干涉平滑过渡刀轴矢量。提出了整体叶轮叶片数控加工刀具进给速度平滑处理方法。针对叶片前后缘处曲率大、刀轴矢量转角大、加工质量难以保证的问题,提出对叶盆、叶背加工进给速度采用S型曲线规划,实现了叶盆、叶背及前后缘加工进给速度的平滑过渡,同时实现了刀轴矢量转动速度的平滑过渡,有利于提高叶片加工质量。 研究了整体叶轮叶片粗加工刀轨计算方法。根据整体叶轮干涉碰撞情况,给出了两种母线生成方式。以叶片截面偏置线为准线,得到整体叶轮叶片粗加工刀轨直纹驱动面,最终计算得到整体叶轮叶片粗加工刀轨。提出了一种整体叶轮轮毂曲面刀具轨迹计算方法:根据轮毂曲面特征,在保证残留高度满足允许加工误差前提下,首先计算出所需刀具轨迹数目,然后推导出轮毂曲面刀触点轨迹的参数方程,以此为依据计算轮毂曲面加工刀轨。针对整体叶轮的变半径叶根圆角曲面,根据该曲面成型原理,可计算得到叶根圆角曲面的最小曲率半径,由此可选择加工刀具。在其基础上,结合曲面几何条件及加工要求计算得到叶根圆角曲面的加工刀轨。 采用本文提出的一系列关键技术,在UGNX4.0平台上开发了整体叶轮数控加工专用编程模块。采用该软件模块对某企业整体叶轮零件编制了数控加工程序,并进行了加工试验。加工试验表明本文的研究成果是可行有效的。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG659

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 戚家亮;整体叶轮五轴数控粗加工编程技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【二级引证文献】
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1 仝伟;旋转叶轮机械工艺决策支持技术与系统研究[D];重庆大学;2012年
【二级参考文献】
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1 魏迎梅;虚拟环境中碰撞检测问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
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2 单晨伟;叶片类零件螺旋铣削切触点轨迹规划问题研究[D];西北工业大学;2004年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姬俊锋;复杂整体叶轮数控加工关键技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 黄泽华;整体叶轮铣削加工弹性变形预测及误差补偿研究[D];北京交通大学;2013年
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8 樊文刚;复杂曲面宽行数控加工理论及其应用研究[D];北京交通大学;2012年
9 李小清;螺旋锥齿轮数控加工与误差修正技术研究[D];华中科技大学;2004年
10 李军利;镍基高温合金整体叶轮高效加工应用基础研究[D];上海交通大学;2012年
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2 姚迪;整体叶轮侧铣加工表面质量研究[D];北京交通大学;2012年
3 修春松;整体叶轮数控精加工编程技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 许剑;整体叶轮的五轴高速铣削加工与仿真[D];武汉理工大学;2011年
5 戚家亮;整体叶轮五轴数控粗加工编程技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
6 曾强;叶轮类零件的五轴联动数控加工与仿真[D];西南交通大学;2010年
7 王春松;整体叶轮五轴加工技术的研究与应用[D];南京理工大学;2012年
8 田阳;大扭曲叶片整体涡轮数控电解加工关键工艺的研究[D];南京航空航天大学;2006年
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10 苏云玲;三元整体叶轮的几何造型与五坐标数控加工[D];大连理工大学;2004年
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