薄壁叶片铣削加工弹性变形预测和误差控制方法研究

发布时间：2020-06-13 04:46

【摘要】：复杂曲面的薄壁叶片是航空发动机的核心零件,叶片的加工精度以及表面质量对发动机的性能具有重要的影响作用。五轴联动数控铣削加工是薄壁叶片广泛采用的一种加工形式。叶片具有型面复杂、刚度较弱的特征,在铣削力的作用下易发生弹性变形,从而导致加工后的理论表面和实际表面之间存在一定的偏差。因此,研究薄壁叶片铣削加工过程中的变形误差预测以及相应的控制方法具有重大的意义。为此,本文以薄壁叶片为研究对象,利用有限元数值计算以及BP神经网络等方法,对叶片加工变形预测以及误差控制方法进行研究,研究工作主要体现在以下几个方面:(1)基于有限元软件DEFORM建立球头铣刀铣削加工过程的三维热力耦合分析模型。以铣削参数为变量,铣削力为试验指标,设计铣削加工正交试验。采用极差分析以及优势分析法,研究了铣削参数对铣削力的影响规律,为后续计算叶片弹性变形过程中的切削参数选择提供参考。(2)采用材料力学和弹性力学的基本原理对叶片简化模型进行了变形分析。为了提高变形数据的计算精度,建立了铣削力与弹性变形量之间的耦合迭代格式。利用ANSYS有限元软件以及迭代格式计算了叶片型面离散刀触点处的变形量,以此为数据基础拟合了叶片变形预测曲面,并对叶片变形规律进行了分析。(3)建立了薄壁叶片加工变形BP神经网络误差预测模型,输入某一刀触点的三维坐标,预测模型输出相应的变形数据,为后续的反变形误差补偿提供数据基础。在MATLAB GUIDE集成开发环境中,设计了预测模型构建以及变形预测的GUI界面。(4)针对薄壁叶片铣削加工过程中产生的弹性“让刀”误差,制定了反变形误差补偿方案,并设计了误差补偿的GUI界面。对于叶片边缘处存在的刀轴矢量变化过大的问题,结合机床回转轴角速度约束条件和刀轴矢量光顺性约束条件,提出了相应的刀轴矢量优化方案,并实例分析了该方案的有效性。最后,集成了BP神经网络预测模型构建、变形误差预测以及误差补偿的GUI界面,实现了薄壁叶片铣削加工弹性变形预测以及误差补偿的可视化操作。
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文证了该方法的有效性。黄志刚等[13]将直齿铣削过程简化为二维正交切削模行研究，，通过有限元软件模拟得到二维铣削力，模拟结果与试验采集的数有很好的一致性。毕京宇等[14]在 ABAQUS 中建立了铝硅合金 ADC12 的二速切削有限元仿真模型，通过分析切削力随切削参数的变化规律得出最优削参数组合。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文证了该方法的有效性。黄志刚等[13]将直齿铣削过程简化为二维正交切削模行研究，通过有限元软件模拟得到二维铣削力，模拟结果与试验采集的数有很好的一致性。毕京宇等[14]在 ABAQUS 中建立了铝硅合金 ADC12 的二速切削有限元仿真模型，通过分析切削力随切削参数的变化规律得出最优削参数组合。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V263.1

【参考文献】

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1 李树

本文编号：2710673