整体叶轮叶片表面减阻微织构的数控加工技术研究

发布时间：2020-04-26 20:37

【摘要】：在叶片上合理布置微织构能够减小流体带来的阻力,提升发动机的工作性能。但用常规曲面数控刀轨计算方法对整体叶轮自由曲面叶片上的沟槽肋条等微织构进行刀轨规划时,会出现刀轴不光顺,计算效率低等问题。本文以整体叶轮自由曲面叶片表面上沟槽和肋条类型微织构的配置为研究对象,开展叶片表面减阻微织构的设计、微织构数控加工工艺规划和微织构刀具轨迹规划的研究。论文主要研究内容和成果如下:(1)对整体叶轮叶片表面减阻微织构的设计进行了研究。在确保仿真准确性的前提下,分析了叶片周围的流场特征;根据流体动力理论,设计了减阻性能的分类辨识方法;采用控制变量法,探究了三角形微织构方向和尺寸等参数对减阻性能的影响。(2)对整体叶轮叶片表面减阻微织构的数控加工工艺进行了分析和规划。针对设计的减阻微织构,采用了通用型微刃径球头铣刀铣削的加工方案。根据叶轮叶片和微织构的特征参数选择合适的加工刀具,并根据刀具参数和走刀方式计算了相应的工艺性加工误差。(3)设计了整体叶轮叶片表面减阻微织构数控加工的刀具轨迹计算方法。根据叶片和微织构几何特征,通过偏置面求交线的方式提取了刀具路径曲线;根据刀具路径曲线参数和加工精度要求,设计了高效准确的基于二分法的弦线法刀位点生成算法;通过在刀心点处建立局部坐标系和参考平面、求解满足机床旋转轴行程要求的临界刀轴矢量的方法,生成了初始刀轴矢量;以加工倾角和机床旋转轴的变化量为目标,以刀轴可摆动区域为约束条件,建立了刀轴矢量的优化模型,并设计了邻域最小搜索迭代算法对优化模型进行求解,最终求得较为光顺的刀轴矢量。(4)开展了整体叶轮叶片表面减阻微织构数控加工仿真与实验验证。利用NX Open C++二次开发技术开发了整体叶轮叶片表面减阻微织构数控加工刀具轨迹生成软件,并对比分析了刀轴矢量优化前后结果,验证了优化模型的有效性。分别在VERICUT和五轴数控机床上进行了加工仿真和加工实验,结果符合预期,验证了微织构加工工艺以及刀具轨迹规划方法的正确性。
【图文】：

平底刀,环形刀,面铣刀,球头刀

（a）（b）（c）（d）常用铣刀（a 为平底刀，b 为环形刀，，c 为面铣刀，d 为球整体叶轮叶片曲面轮廓复杂，叶片较薄易变形，因此选择此叶轮流道狭窄，而平面铣刀需要把具有一定尺寸的飞刀大，因此本文选用平底刀进行整体叶轮的粗加工。常为叶轮流道径向深度h 、机床刀柄夹持刀具的长度Hl 以H Rl h l l于刀轴在流道中会倾斜的考虑，综上因素，本文加工刀片加工时刀刃与叶片曲面发生局部干涉，刀刃半径应小于

五坐标数控机床,主要技术参数,机床,刀柄

图 5.8 五坐标数控机床要技术参数如表 5.3 所示。表 5.3 JDVT600_A12S 主要技术参数项目标准值/Z 轴运动定位精度 0.005/0.005/0.005/Z 轴重复定位精度 0.0045/0.0045/0.00X/Y/Z 工作行程 600/400/350mm主轴最高转速 30000rpm快速移动速度 15m/min高切削进给速度 15m/minA/C 轴转动行程 1 20 ~120 /36，该实验选择的刀具实物如图 5.9 所示。由于沟槽加工刀具刀柄热缩刀柄夹持。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG659;V263

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