涡轮叶片的精准建模及数控加工

发布时间：2020-09-28 20:56

　　 航空发动机涡轮叶片的设计一直是航空领域的重点研究对象之一。根据叶片工作环境的改变,叶片的设计需求也在逐渐改进。由于叶片从设计到优化再到加工的周期较长,为了解决该问题,迫切需要建立一个综合考虑涡轮叶片从数学建模到优化以及数控加工的参数模型,基于建立的整体参数化模型,完成后续的各项任务与工作,达到缩短叶片的研制周期,提高生产效率的目的。建立叶片的整体参数模型具有重要的科学意义和工程价值。本文针对能够快速优化和加工涡轮叶片的目的,建立了叶片的整体参数化方程模型,基于建立的叶片参数方程,对其部分参数进行优化改进,优化再设计叶片轮廓结构,最终达到提高工作效率的目的。根据建立的叶片三维模型和参数方程,对叶片的加工工艺进行规划,同时手动编写数控加工程序等。主要内容如下:通过对涡轮叶片截面轮廓结构的改进,建立叶片整体参数化方程,通过建立的参数方程,可以求解得到叶片表面任一点的精准坐标,获得叶片表面数据点云集。根据得到的理论数据点,运用UG软件建立叶片三维模型,对比传统三截面法建立的叶片模型,整体参数化方法建立的叶片模型具有更高的精准度,更具可靠性。整体参数方程的建立,为后续模型的优化和加工提供了更为精准的数据来源,从理论上更具有可靠性。对叶片的结构参数几何进口角β1r和几何出口角β2r,进行了优化再设计,通过计算得到的新参数值与原始参数相比,其模型结构的工作效率提高了 0.625%。达到了优化目的,且验证了整体参数模型的可行性。同样,根据优化后的新参数,建立了新的叶片三维模型。对叶片的加工工艺进行规划分析,同时对叶片的加工参数给定计算范围,参照计算结果,可以根据加工要求快速确定加工参数。根据五轴加工中心坐标系的变换关系,得到了叶片精加工程序的参数方程,可以根据参数方程快速求得叶片的加工程序。对不同性能需求的叶片,更改参数后,可按照该方法快速得到加工程序,缩短叶片的生产周期。基于建立的涡轮叶片整体参数模型,在叶片的优化和叶片的加工过程中均得到了满意的结果。不仅使涡轮叶片的工作性能得到了有效的提升改善,同时在叶片的生产设计周期上也做到了相应的贡献。建立叶片的整体参数模型,以及生成参数化加工代码,具有较大的工程应用前景。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG659;V263.1
【部分图文】：

懌低压轴承逦中压轴承低压轴承逡逑图１－１航空发动机结构示意图逡逑涡轮叶片的外形结构是由回转橼板、叶身和榫根之间相互连接组合而成，如逡逑图１－２所示，为叶片模型组成结构。逡逑１邋．＾１逡逑榫头１逡逑图１－２叶片模型结构示意图逡逑１．２国内外研究现状逡逑完整涡轮叶片的设计路线包括以下几个方面：从叶片最初的结构设计，到结逡逑构性能的优化，再到生产工艺的规划，最终加工成型。涡轮叶片的整个设计优化逡逑过程如图１－３所示。逡逑２逡逑

航空涡轮发动机是航空领域的核心，发动机的叶片可以分成以下四个部分，逡逑即：扇叶（ｆａｎ邋ｂｌａｄｅｓ）、压气机叶片（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｂｌａｄｅｓ）、高压祸轮叶片（ｈｉｇｈ逡逑ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｔｕｒｂｉｎｅ邋ｂｌａｄｅｓ）、低压祸轮叶片（ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｔｕｒｂｉｎｅ邋ｂｌａｄｅｓ）。如图邋１－］航逡逑空发动机结构示意图所示。根据工作性质对于涡轮叶片又可进一步划分为：工作逡逑叶片（又称为动叶）和导向叶片（又称为导叶）［４］。逡逑

ＤＭＵＶｏｕｔｉｏｎ系列加工中心己经能够实现一次装夹完成五面加工的技术，日本研逡逑制的五面加工机床更是可以倾斜任意角度进行加工零件［６Ｕ。对于涡轮叶片的高速逡逑高效切削技术［６２］，其使用五轴数控机床加工，如图１－４所示，不仅生产效率得到逡逑提高，且生产出的叶片表面精度很高。逡逑

本文编号：2829262