恒力砂带磨抛材料去除理论与实验研究

发布时间：2018-11-08 11:33

【摘要】：叶片是航空工业与电力工业中如发动机、汽轮机、压气机等关键设备的核心部件,因其在工作环境非常恶劣,故在加工制造中要保证叶片具有很高的型面精度和优良的表面质量。砂带磨抛是叶片精整加工中常使用的加工方式之一。目前,国内外众多科研机构和公司针对复杂表面工件的磨抛开发了大量磨抛机床,通过将磨抛力作为工艺参数之一实现对复杂曲面工件表面的磨抛加工。本文以恒力磨抛机床为平台,以磨抛去除理论为基础,进行复杂曲面工件的磨抛工艺研究。以Preston方程和赫兹接触理论为理论基础,建立了接触轮式砂带磨抛工具磨抛工件时材料去除廓形和最大材料去除深度与法向磨抛力、砂带线速度和工件进给速度这三者工艺参数间的数学表达式;利用实验的方式,确定了Preston方程常数Kp的值,并对模型的数学表达式进行仿真,利用仿真曲线直观地分析和阐述材料去除规律与工艺参数间的关系。为研究恒力砂带磨抛下的材料去除规律,需搭建恒力气动控制系统。运用热力学定律、理想状态方程和牛顿第二定律等相关知识,推导出了恒力气动控制系统的数学模型;利用离线系统辨识技术和MATLAB软件中System Identification工具箱,以M序列作为输入激励信号,获得气动系统数学模型中的各个未知参数,并对系统的闭环稳定性进行了验证。在获得的气动系统数学模型之后,建立系统的PID和模糊PID仿真程序框图,通过仿真对比在此气动系统中分别应用两种控制策略所得效果的优劣;然后利用LabVIEW软件编写这两种控制方式的程序,通过实验验证了对于非线性系统,模糊PID控制方式能实现更为理想的控制效果;借助kistler测力仪验证了该系统可以准确地输出加工过程中所需的法向磨抛力值。利用LabVIEW软件开发了气动磨抛控制软件,实现磨抛过程中对各个信号数据的采集、传输、处理和控制,在磨抛过程方便使用者操作。借助此磨抛机床进行了材料去除实验以验证所建立的材料去除廓形和最大去除深度模型的准确性。将通过实验所获得的曲线同模型仿真曲线对比,最终证明了材料去除模型的准确性。
[Abstract]:Blades are the core components of key equipments such as engines, steam turbines, compressors and so on in the aviation and power industries, because of their very bad working conditions. Therefore, the blade must have high profile accuracy and excellent surface quality in machining and manufacturing. Belt grinding and polishing is one of the common processing methods in blade finishing. At present, many scientific research institutions and companies at home and abroad have made a large number of grinding and polishing machine tools for the grinding of complex surface workpieces. By taking grinding force as one of the process parameters, the surface grinding and polishing of complex surface workpieces can be realized. In this paper, based on the theory of grinding and polishing, the grinding and polishing technology of complex surface workpiece is studied on the platform of constant force grinding machine. Based on the Preston equation and Hertz contact theory, the material removal profile and maximum material removal depth and normal polishing force are established for grinding workpieces with contact wheel abrasive belt grinding tools. The mathematical expressions of the three technological parameters: the linear velocity of the sand belt and the feed speed of the workpiece; The value of Preston equation constant Kp is determined by experiment, and the mathematical expression of the model is simulated. The relationship between the material removal law and the process parameters is analyzed and explained intuitively by using the simulation curve. In order to study the law of material removal from abrasive belt grinding, a constant force pneumatic control system is needed. The mathematical model of the constant force pneumatic control system is derived by using the relevant knowledge of thermodynamics law, ideal state equation and Newton's second law. Using off-line system identification technology and System Identification toolbox in MATLAB software, the unknown parameters in the mathematical model of pneumatic system are obtained by using M sequence as input excitation signal, and the closed-loop stability of the system is verified. After the mathematical model of pneumatic system is obtained, the block diagram of PID and fuzzy PID simulation program of the system is established, and the advantages and disadvantages of the two control strategies in this pneumatic system are compared by simulation. Then the program of these two control methods is written by using LabVIEW software. It is proved by experiment that fuzzy PID control method can achieve more ideal control effect for nonlinear system. The kistler dynamometer is used to verify that the system can accurately output the normal grinding force required in the machining process. The control software of pneumatic polishing is developed by using LabVIEW software, which can collect, transmit, process and control the signal data in the grinding process. It is convenient for users to operate in the grinding process. The material removal experiments were carried out with the aid of this polishing machine to verify the accuracy of the model of material removal profile and maximum removal depth. Finally, the accuracy of the material removal model is proved by comparing the curves obtained by experiments with the simulation curves of the model.
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG580.6

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本文编号：2318378