无人机薄壁叶轮五轴高效数控加工技术研究

发布时间：2017-03-18 03:02

  本文关键词：无人机薄壁叶轮五轴高效数控加工技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：整体薄壁叶轮是一类具有代表性且造型比较规范的典型复杂零件，其形状特征明显，工作型面的设计涉及到空气动力学、流体力学等多个学科，因此曲面加工手段、加工精度和加工表面质量对其性能参数都有很大影响。整体叶轮是航空发动机和各类透平机械的关键部件，属薄壁类零件，叶片扭曲大，相邻叶片之间的空间较窄；这一结构特点决定了其在加工制造过程难度较大，而五轴联动数控机床的柔性好，加工范围广，在工作时加工效率高，因此本文选用五轴联动数控机床为载体，基于遗传算法，利用多目标优化方法，研究整体叶轮的加工性能，进而提高叶轮加工的精度和效率。 论文主要内容包括： 1.根据整体叶轮的加工工艺特点，，制订了详细的加工工艺流程，确定了加工的机床，选择了切削刀具，合理的切削参数，为叶轮的加工打下了坚实的基础。 2.对整体叶轮的各个加工工序进行了详细的刀具轨迹规划。粗加工阶段，采用了叶盘区域清除策略和3+2固定轴加工策略进行分析比较，最终确定选取3+2固定轴加工策略作为最终的粗加工方案，并应用于实践加工。 3.在VERICUT软件环境下，创建了和本实验室德玛吉五轴联动高速数控加工中心相关参数一致的机床模型，对叶轮的整个铣削过程进行了仿真，排除了编程中可能出现的干涉现象，验证了加工程序的可靠性；进一步对加工程序进行了优化，从而节省加工时间，提高生产效率。 4.在进行数控加工之前，对主轴转速、切削速度和切削力等切削参数采用了多目标优化的方法，通过遗传算法得到最优的切削参数组合；最后在机床上实际加工验证并利用Geomagic Qualify软件对加工后的叶轮进行检测，验证了叶轮加工工艺过程的正确性和可行性。 本文的研究，实现了无人机薄壁叶轮的高效高精度五轴数控加工，具有较好的工程实用性；同时，对于其它复杂曲面类零件的五轴加工亦有参考价值。
【关键词】：整体薄壁叶轮 工艺规划 加工仿真 参数优化
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V260.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 课题的目的及意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-15
• 1.3.1 高速切削技术研究现状10-11
• 1.3.2 自由曲面的多轴加工研究现状11-14
• 1.3.3 整体叶轮加工研究现状14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 第2章 加工工艺分析与刀具路径规划16-29
• 2.1 概述16-18
• 2.2 整体叶轮结构工艺分析18-23
• 2.2.1 机床的选择18
• 2.2.2 毛坯的选择18-19
• 2.2.3 刀具的选择19-21
• 2.2.4 专用夹具的选择21-22
• 2.2.5 工艺路线的制定22-23
• 2.3 叶轮加工刀具轨迹规划23-28
• 2.3.1 叶轮流道的粗加工刀具轨迹规划23-25
• 2.3.2 轮槽的半精加工刀具轨迹规划25-26
• 2.3.3 轮槽的精加工刀具轨迹规划26-27
• 2.3.4 清角加工刀具轨迹规划27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 叶轮五轴数控加工的仿真及优化29-41
• 3.1 五轴数控加工仿真的意义29-32
• 3.2 数控加工仿真的实现32-38
• 3.2.1 五轴数控机床运动学模型的构建32-33
• 3.2.2 机床模型的建立33-34
• 3.2.3 机床参数的设置34-35
• 3.2.4 控制系统的构建35
• 3.2.5 刀具库的创建35-36
• 3.2.6 数控程序的添加及加工坐标系的设定36
• 3.2.7 五轴加工仿真校验36-38
• 3.3 数控加工程序的优化38-40
• 3.3.1 基于 VERICUT 的数控程序优化分析38-39
• 3.3.2 叶轮切削参数优化方案39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 整体叶轮加工参数多目标优化方案41-47
• 4.1 实现切削用量优化的手段41
• 4.2 优化变量的确定41-42
• 4.3 目标函数的建立42-43
• 4.3.1 建立以最大生产率为目标函数42-43
• 4.3.2 建立以最低成本为目标函数43
• 4.4 约束条件的确定43-45
• 4.5 多目标优化算法实现45
• 4.6 优化结果分析45-47
• 第5章 叶轮的实际加工及检测47-52
• 5.1 叶轮加工实验设备及条件47
• 5.2 实验加工方案47-49
• 5.3 整体叶轮的检测方案49-51
• 5.3.1 基于 Geomagic Qualify 的叶轮精度检测49-50
• 5.3.2 叶轮表面质量的检测50-51
• 5.3.3 检测结果分析51
• 5.4 本章小结51-52
• 第6章 结论与展望52-54
• 6.1 结论52
• 6.2 展望52-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 攻读硕士学位期间发表论文目录58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：253808