汽轮机叶片的切削加工分析与切削参数优化

发布时间：2020-09-23 06:40

　　 薄壁叶片是汽轮机的核心零部件,由于其刚性较弱的特点,在加工过程中受铣削力的作用而产生变形,影响叶片的加工精度和加工质量,不利于企业的生产。因此本文以薄壁叶片为研究对象,开展了刀具与工件的相对位置的确定、球头铣刀铣削力模型的建立、叶片加工变形分析、切削参数多目标优化、全景仿真加工及试验验证等系列研究。具体的研究内容和成果如下:1、确定刀具与工件的相对位置。分析了叶片汽道型面的创建方法,并进行了叶片的三维造型;根据叶片的实际加工工艺,使用UG/CAM编制了刀具加工轨迹,生成CLSF刀位文件;通过理论分析,求解出刀具与工件的接触点坐标及接触点处的曲面法矢方向,并验证其正确性,从而确定了刀具与工件的相对位置,为后续叶片的加工变形研究中施加铣削力的位置奠定基础。2、建立球头铣刀铣削力模型。采用正交试验的设计方法,设计铣削力仿真试验的切削参数组合;采用AdvantEdge软件进行铣削力仿真加工,得出各组参数所对应的三个方向的铣削力大小;利用Matlab软件求解方程组的各未知系数,从而建立球头铣刀铣削力预测模型并验证其有效性,为后续叶片的加工变形研究中施加力的大小提供理论依据。3、叶片加工变形分析。基于ANSYS Workbench建立叶片变形分析的有限元模型,创建与数控程序相对应的刀具与工件的加工接触点,并在接触点处建立局部坐标系,从而研究叶片各接触点处的变形量大小;研究了四个切削参数对叶片变形量的影响并得出规律:叶片的变形量随着切削宽度的增大而缓慢增大,随着进给量的增大而增大,随着切削速度的增大而减小后趋于不变,随着切削深度的增大而增大且影响较大;调整参数后再进行有限元模拟,验证规律的正确性,从而为后续切削参数优化提供理论参考。4、切削参数的多目标优化。选用最优拉丁超立方设计试验方法确定了切削宽度a_e、切削速度v_c、进给量f_z和切削深度a_p四个初始设计变量的30组样本点;建立各设计变量响应面的近似模型,并对响应面模型进行精度检测和误差分析;模型检测合格后,分析了设计变量对响应面近似模型的交互式影响及主效应影响;将变形量De和加工时间T作为参数优化的目标,采用AMGA(自适应变异遗传算法)对四个切削参数进行多目标优化设计,求解出最优解。优化后的切削参数使变形量减小,加工时间缩短,实现了优化的目的。5、全景仿真加工及实验验证。采用优化后的切削参数编制数控加工NC程序文件,利用Vericut全景仿真加工软件对数控程序G代码进行检查;验证程序正确后,借助美国HAAS四轴数控机床对叶片进行实验加工,并借助海克斯康三坐标测量仪对成品叶片的汽道型面进行检测,将实际加工检测结果与模拟值进行比对分析;结果证明了通过有限元模拟叶片加工变形方法的可靠性,也证明了切削参数优化方案的可行性,对企业的高效生产有着重要意义。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG54;TK263.3
【部分图文】：

第一章 绪论题的研究背景与意义造业是一个国家生产力水平的体现，是国民经济发展的主体[1]。自，我国的制造业蓬勃发展，但当前仍处于“大而不强”的阶段，同有不小的差距，为此，“中国制造 2025”发展计划已明确指出我国业大国转变成世界制造业强国[2]。当今社会，我国仍是以火力发电作为发电所用的原动机，能将蒸汽的热能转换为转子的机械能，是一台正在安装叶片的汽轮机。汽轮机叶片是汽轮机的核心零部件量和加工精度将直接影响汽轮机的工作性能和工作效率[3]，汽轮机高端制造业的代表性产品之一，能体现一个国家制造业发展水平。

技术路线

接触点坐标及接触点处的曲面法矢方向，并验证其正确性，从而为后续叶片变形分析时确定施加力的位置奠定基础。2.1 汽轮机叶片的介绍2.1.1 叶片的分类汽轮机叶片的种类多样，根据其工作性质及结构形状等分成下述几类：（1）按照叶片的工作性质分为：静叶片和动叶片，分别如图 2.1（a）和（b）所示。静叶片简称静叶，是固定在隔板或导叶持环上静止不动的叶片，在蒸汽室（喷嘴室）中的静叶称之为喷嘴，在速度级中称为导向叶片。静叶在汽轮机中不但为汽流导向，还使蒸汽加速，使汽流改变方向进人下一列动叶组。动叶片简称动叶，通过叶根固定在汽轮机转子上，并随着转子一起转动，主要功能是负责传递动力。

【参考文献】

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1 李树

本文编号：2824986