鼓风机整体叶轮的几何造型及数控侧铣加工的刀位规划

发布时间：2020-05-23 16:40

【摘要】： 鼓风机叶轮是一类形状复杂的零件,同时此类零件也是透平机械中的关键部件,它的加工质量直接影响整机的工作性能和机械效率。 叶轮的叶片通常为复杂曲面,是几何特征明显,在生产实际中有一定代表性的零件。叶轮的设计要根据流体力学原理对叶轮内部流体的流动进行分析和控制,使设计指标满足实际应用的需要。而设计指标能否得到满足,需要制造环节来保证,采用三坐标数控加工一般来说是不可能完成的,而必须采用五坐标数控加工方法。目前由于对五坐标数控加工中刀具与零件的复杂几何关系仍缺少研究,使得五坐标数控加工叶轮仍然是一个难题。如果制造技术薄弱,叶轮的加工质量必将受到影响,从而影响鼓风机的整体性能。因此本课题从刀具与零件的几何角度出发进行的研究十分有意义。 叶轮的曲面造型是叶轮精确加工的基础和保障,而刀位规划是叶轮类复杂零件数控加工中最重要的内容。因此,叶轮的几何造型和优化五坐标数控侧铣加工叶轮的刀位规划是本论文的核心内容。 本文应用三次B样条曲线对图纸所给的叶片中性面上的轴盘曲线和盖盘曲线上的离散数据点进行插值曲线的反算,构造出非可展直纹面形式的叶片曲面。应用UGNX4_0软件对整体叶轮进行实体建模。 在几何造型的基础上进行数控侧铣加工叶轮的刀位规划。首先把被加工的叶片曲面与圆柱刀具包络面的极差转化为被加工叶片曲面的等距面与刀轴轨迹面的极差,因为等距面之间有个极差传递的关系,这一等距性质给刀位规划带来了方便,刀位规划的优化问题就归结在刀轴轨迹面和叶片等距面上来进行。然后应用两点偏置法确定离散的初始刀位,把叶片曲面的等距面作为基面,并利用空间点到曲面最短距离的算法逼近此等距面,得到优化的刀位。 在应用自由曲面造型技术进行造型及刀位轨迹规划的基础上,对逼近得到的刀轴轨迹面与设计曲面的误差进行计算,此方法有较高的逼近精度,具有一定的理论意义和实用价值。
【图文】：

在3.3.1节中已经根据所给的叶轮的设计图纸上的离散数据，应用三次B样条插值求出了中性面上的轴盘和盖盘曲线，然后把轴盘曲线和盖盘曲线上相对应的点相连即可以得到叶片中性面，如图3.3所示：图 3.3 叶片中性面Fig. 3.3 Neutral surface of blade3.3.3 叶片曲面的几何造型由于叶片中性面上轴盘和盖盘曲线上每一点的厚度是不同的，需要计算出中性面上轴盘曲线和盖盘曲线的单位法向量，最后根据已知的叶片厚度将轴盘、盖盘上各点沿正、负法线方向偏移半个叶片厚度，，便可得到叶片曲面边界上的数据点。对此离散数据点应用三次B样条插值，反算出控制顶点，确定了变距偏置曲线。将叶片的左右轮廓面上相对应的边界数据点相连则形成叶片曲面。具体过程如下：首先求出轴盘曲线和盖盘曲线的单位法向量，以盖盘曲线为例，如图3.4所示，st 直母线方向的单位矢量，sr 盖盘曲线在型值点处的切矢

置；最后求出原始中性面型值点偏置后各点插值 B 样条的控制顶点。对本文研究的叶轮几何造型的计算方法应用计算机语言进行编程，对于自由曲线控制顶点的计算有效可行。此程序具有较好的实用性。上述的计算程序的完成需要调用的主要函数包括求解控制顶点的子程序、拟合曲线上对应各型值点的单位法矢的子程序、追赶法求解的核心部分。计算时应用的关键程序及主要函数见附录。在附录中列出了拟合曲线上对应各型值点的单位法矢的程序及追赶法求解的核心部分的程序。下图 3.5 中所示的数据为鼓风机叶轮中性面上轴盘曲线的左偏置曲线上的一部分控制顶点。
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH44;TG547

【引证文献】

相关硕士学位论文 前4条

1 唐文龙;车铣加工复杂曲面刀轨规划的研究[D];沈阳理工大学;2011年

2 张建平;整体叶轮叶片曲面侧铣加工的刀位规划研究[D];大连交通大学;2010年

3 王力爽;数控加工仿真及加工参数优化的研究[D];沈阳理工大学;2012年

4 周火金;复杂叶轮零件的熔积—铣削复合制造研究[D];华中科技大学;2012年

本文编号：2677649