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基于NURBS曲面的汽轮机叶片重构及插补算法的应用研究

乐英  
【摘要】:汽轮机叶片是汽轮机的关键部件,它的设计制造水平是衡量汽轮机技术的主要指标之一。为了提高汽轮机的级效率,叶片型面形状日趋复杂,加工工艺方法不断更新,叶片加工要求严格。由于叶片加工精度和质量直接影响到机组的运行效率和安全可靠性,因此如何提高汽轮机叶片加工精度和效率一直是国内外学者研究的重要课题。 汽轮机叶片型面形状复杂,既包含了二次曲线,又包含了自由曲线。在对曲面重构方法深入研究的基础上,推导出3×3次NURBS曲面和2×3次NURBS曲面的矩阵表达式,并建立了基于3×3次NURBS曲面和2×3次NURBS曲面的汽轮机叶片的数学模型,实现了叶片曲面数字化表示,并对汽轮机叶片曲面拟合误差进行了计算分析。 为了提高叶片的加工精度和加工效率,对基于冗余误差的NURBS曲线直接插补算法、恒进给速度插补算法、等弓高插补算法和控制弓高误差自动进给速度插补算法从加工精度、进给速度、插补时间以及加速度等几个方面进行了分析比较,并将这几种插补算法应用于汽轮机叶片。分析结果表明汽轮机叶片型面采用基于冗余误差的NURBS曲线直接插补算法,改善了加工叶盆、叶背等大曲率半径型面时误差过度冗余的问题,并且叶片前后缘弓高误差不超差,保证了叶片加工精度,提高了叶片的加工效率。 根据汽轮机叶片型面特点,采用等参数线法计算加工行距、用基于冗余误差的插补算法计算走刀步长,选择合理的刀具姿态、刀具尺寸并对加工参数进行了优化,提高了叶片的加工精度和效率。 建立叶片三维实体模型,利用Cimatron软件对叶片数控加工过程进行仿真,生成叶片NC加工代码,利用加工中心完成叶片型面的加工。


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