可调距螺旋桨铣削表面形貌仿真与实验研究

发布时间：2017-10-10 18:41

  本文关键词：可调距螺旋桨铣削表面形貌仿真与实验研究

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【摘要】：动力定位全回转推进器制造中的关键零件之一是具有大尺度、复杂曲面形状特征的可调距螺旋桨桨叶,其在海洋环境中所承受的时变推力与扭矩载荷,对桨叶型线、叶厚分布等曲面几何精度提出严格的设计与制造要求。桨叶加工广泛采用数控铣削工艺,其中,加工表面形貌对表面完整性、后续打磨去除量具有显著影响。因此,研究铣削加工工艺参数和铣削策略,对于获得均匀的后续切削余量、提高桨叶加工质量具有重要的作用。针对调距桨铣削加工过程,通过选择不同切削参数与刀路轨迹,对所形成加工表面形貌开展了仿真与模型桨加工实验研究。本文建立了一种加工表面形貌仿真算法,用于研究铣削加工工艺参数与铣削表面形貌之间的关系。针对铣削加工中广泛采用的球头铣刀和环形刀,建立了描述刀具三维几何形状的数学模型。根据刀具与工件的相对运动关系,建立了刀具坐标系与工件坐标系的平移变换和旋转变换模型,对刀路轨迹及刀具位置和姿态进行描述。基于所建立的刀具空间几何描述与加工路径中的刀具位姿,提取出铣刀切削刃上的离散点,并建立了其相对于工件坐标系的数学描述。使用Z-map算法将加工轨迹中每个刀位点处切削刃上的离散点与工件表面离散点进行比较,并更新工件表面的离散点的高度值,从而获得铣削后的工件表面形貌。针对缩比尺寸的桨叶模型开展了切削实验,对仿真系统的有效性进行验证。设计分组实验,采用曲面铣削中常用的球头铣刀研究铣削加工中的主轴转速、进给速度、刀具倾角和刀路行距等因素对铣削加工后的表面形貌的影响规律。在缩比模型桨的加工实验中,对同一个桨叶模型采用四种不同的铣削策略对铣削加工后的桨叶表面形貌的影响,分析了这四种加工刀路各自的优缺点。为企业实际加工制造过程中的加工工艺参数的选择提供评价依据。
【关键词】：曲面加工 铣削仿真 加工表面形貌 铣削策略
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1. 绪论8-17
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题的背景与研究意义8-10
• 1.3 国内外研究概况10-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 2. 铣削形貌仿真的理论基础17-29
• 2.1 铣削加工表面形成理论17
• 2.2 铣削工艺参数17-19
• 2.3 铣刀的几何模型19-23
• 2.4 切削刃离散点在切削路径上的运动轨迹23-26
• 2.5 刀具包络线的形成26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 3. 铣削表面形貌仿真算法及刀路轨迹29-41
• 3.1 表面形貌仿真算法29-33
• 3.2 旋转变换33-35
• 3.3 刀具在加工曲面上的位置和姿态35-36
• 3.4 表面形貌仿真的度量36-38
• 3.5 表面形貌仿真系统开发38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 4. 铣削表面形貌仿真及实验验证41-51
• 4.1 实验设备及过程41-43
• 4.2 主轴转速对表面形貌的影响43-44
• 4.3 进给速度对表面形貌的影响44-45
• 4.4 刀倾角对表面形貌的影响45-47
• 4.5 行距对表面形貌的影响47-48
• 4.6 仿真模型的验证48-50
• 4.7 本章小结50-51
• 5. 不同铣削策略对桨叶表面纹理的影响51-58
• 5.1 螺旋桨桨叶曲面特点及现有加工工艺51-52
• 5.2 铣削策略对表面形貌的影响实验及分析52-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6. 总结与展望58-60
• 6.1 全文总结58
• 6.2 研究展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录I 攻读学位期间发表学术论文目录65
• 附录II 攻读学位期间申请专利65-66
• 附录III 不同参数铣削后的表面形貌仿真结果66-74

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本文编号：1008009