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整体叶轮微观表面轮廓特征提取及其应用

李世超  
【摘要】:整体叶轮是透平机械的关键部件,广泛应用于航空、航天、化工、能源等工业领域。整体叶轮的曲面较多,形状复杂,传统的机械加工方式已经不能满足其要求,目前整体叶轮的加工以五轴精密铣削为主。整体叶轮的叶片部分是影响其使用性能的关键性部位,叶片的表面质量的好坏,尤其是叶片表面微观轮廓特征的一致性,对叶轮的进气效率、工作效率和动力性能有直接的影响。为详细研究五轴机床铣削加工整体叶轮的表面轮廓结构特征,本文从微观角度出发,利用表面轮廓仪对整体叶轮的叶片关键部位进行了测量试验,获得了整体叶轮叶片部位的微观轮廓数据。并利用所获得的数据建立了叶片微观表面三维模型图。开展了一系列的试验分析,对试验所获得的特征信号做了功率谱分析,获得了叶片轮廓信号的频率成分,对功率谱的面积S的含义进行解释,并将其作为评价叶片表面质量的特征之一。利用小波分析的方法,对所获得的数据进行小波分解和重构,将数据信号的各个成分信号进行了分离,得到了整体叶轮叶片表面粗糙度特征分布图,并将其作为叶片表面质量的评价的第二个特征。为了探明在整体叶轮加工过程中,刀尖半径和切削行距这两个参数对整体叶轮叶片表面质量的影响,本文利用控制变量法的研究思想一共设计了7组对比试验。将刀尖半径或者切削行距其中一个参数当作变量,控制另外一个参数不变,从而研究这个变化参数对叶片表面两个特征的影响。通过多次在五轴机床的铣削试验和对叶片表面质量变化的不断测量,得到了在加工过程中叶片表面微观轮廓特征的数据。通过对数据的建模分析和功率谱分析,得出了刀尖半径和切削行距这两个参数对整体叶轮叶片表面质量的影响规律和在实际加工中这两个工艺参数的优先选择级别,并在实际的叶轮质量检测中得到了应用。文章通过对叶片表面微观轮廓特征参数的计算分析,对叶片的表面质量做出了准确、客观的评价。


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