直纹面型叶轮铣削变形及加工参数优化研究

发布时间：2017-09-26 14:40

  本文关键词：直纹面型叶轮铣削变形及加工参数优化研究

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【摘要】：整体叶轮作为航空航天发动机的重要零件,其叶片型面大多为曲率多变的自由曲面,叶轮叶片加工质量的优劣对整机性能有着关键的作用。然而,整体叶轮的叶片是典型的薄壁件,在加工过程中很容易造成加工尺寸偏差、厚度不均匀、叶片变形等一系列的问题。因此,本文对影响叶轮加工精度的铣削变形及参数优化技术的研究具有十分重要的意义。首先,基于B样条曲线和曲面的基本性质,将叶轮实体模型的原始数据点导入UG软件中,对整体叶轮模型进行几何建模。根据整体叶轮的加工工艺,对整体叶轮加工的刀具轨迹规划技术进行了研究。相关模型及规划轨迹为直纹面叶片的铣削力建模、叶片变形量的计算、参数优化等后续研究提供了基础。其次,对直纹面侧铣的五轴铣削力模型进行了研究,在考虑曲面曲率对铣削力影响的基础上,将切深进行等效,并对球头铣刀的侧刃进行铣削力建模。对铣削力系数模型进行了建立,并通过正交试验对铣削力系数进行了计算。为叶片加工变形的有限元分析提供技术支持。再次,在将UG软件中建立的直纹面叶片模型导入ANSYS后,通过划分网格、计算和加载铣削力等进行了叶片的有限元仿真。在完成传统单点变形分析的基础上,通过编写命令流的方式实现了叶片仿真的循环。运用MATLAB与ANSYS软件,对叶片弹性变形量进行了迭代运算,实现了直纹面叶片加工变形的计算,并完成了变形结果的仿真。最后,基于仿真获得的直纹面叶片铣削加工变形,对加工过程中的相关参数进行了优化研究。用极差分析法对正交试验的结果进行了分析,并利用正交优势分析法对铣削参数的优化结果进行了计算。通过ANSYS软件对得到的优化结果进行了仿真验证,并实现了模型质量的评价。
【关键词】：直纹面型叶轮 铣削变形 参数优化
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V263
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题的研究目的和意义10-12
• 1.3 国内外研究现状12-16
• 1.3.1 整体叶轮加工技术研究现状12-13
• 1.3.2 铣削力建模及预测技术研究现状13-15
• 1.3.3 整体叶轮加工变形技术研究现状15-16
• 1.3.4 工艺参数对工件变形的影响研究16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 整体叶轮几何建模及刀具轨迹规划18-30
• 2.1 整体叶轮几何建模18-22
• 2.1.1 B样条曲线和曲面基本原理18-19
• 2.1.2 整体叶轮造型概述19-20
• 2.1.3 基于UG的整体叶轮几何建模20-22
• 2.2 整体叶轮数控加工刀具轨迹规划22-28
• 2.2.1 整体叶轮加工工艺分析22-23
• 2.2.2 刀具轨迹规划23-24
• 2.2.3 后置处理24-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第3章 直纹面曲面加工铣削力建模及分析30-46
• 3.1 铣削力模型的建立30-35
• 3.1.1 铣削曲面时的切削厚度31-32
• 3.1.2 瞬时未变形切削厚度和刀具接触角的计算32-33
• 3.1.3 瞬时切削合力及积分上下限的确定33-35
• 3.2 平均铣削力系数模型35-38
• 3.2.1 平均铣削力公式35-37
• 3.2.2 铣削力系数建模37-38
• 3.3 实验求解铣削力模型系数38-42
• 3.4 曲面曲率计算及其对铣削力的影响42-45
• 3.4.1 曲率的计算42-43
• 3.4.2 曲率对铣削力的影响43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 直纹面型叶轮叶片铣削变形研究46-60
• 4.1 有限元基本原理46-47
• 4.2 直纹面叶片铣削加工变形分析47-52
• 4.2.1 叶片有限元模型建立47-49
• 4.2.2 铣削载荷的施加49-51
• 4.2.3 仿真结果提取51-52
• 4.3 叶片弹性变形量迭代求解52-55
• 4.3.1 铣削力与变形量迭代关系的建立52-54
• 4.3.2 叶片弹性变形量的迭代计算54-55
• 4.4 直纹面叶片加工变形计算55-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 基于加工变形分析的铣削参数优化研究60-70
• 5.1 直纹面叶片铣削加工变形优化方法60-61
• 5.2 直纹面叶片铣削参数优化61-68
• 5.2.1 正交试验结果极差分析62-64
• 5.2.2 正交试验结果优势分析64-67
• 5.2.3 铣削参数优化结果67-68
• 5.3 优化结果验证68
• 5.4 本章小结68-70
• 结论70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文74-75
• 致谢75

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