串并混联叶片磨抛机床整机性能分析

发布时间：2017-12-01 09:00

本文关键词：串并混联叶片磨抛机床整机性能分析

【摘要】：叶片广泛应用于汽轮机、涡轮机、航空发动机等推进系统。作为关键部件之一，叶片的设计和加工直接影响系统性能的发挥。为了满足流体动力学要求，叶片多为复杂的空间自由曲面，由多个截面线扫掠、扭转而成。叶片工作环境比较恶劣，长期承受高温、高压、复杂应力。因此叶片的型面设计除满足流体动力学以外还需满足刚度、强度、疲劳强度、寿命等一系列要求。叶片的设计是一个复杂的过程，不断往复循环，使各种设计参数达到平衡。随着计算机辅助设计软件CAD和计算机辅助工程软件CAE的普及，叶片的型面设计日趋成熟和完善。良好的型面精度不仅能够使系统性能得到最大发挥，还能够使系统运行平稳、噪声小、寿命长。叶片在加工过程中需满足两方面要求：形状精度和表面质量。叶片上比较小的缺陷都会导致系统产生振动、噪音、寿命降低，严重的还会导致整个系统产生破坏。叶片加工过程为：铸模/锻造-粗铣-精铣-精抛。精抛是为了使叶片获得更好的表面质量。传统的加工过程中，精抛一般为工人手工完成。人手能够感知叶片纹理和缺陷，调节磨抛姿态，切削力稳定，切削量均匀。然而手工磨抛会产生大量的细小粉尘和噪音对工人的身体健康造成伤害。叶片的磨抛质量取决于工人的技术水平和经验，磨抛效率低，劳动力成本较高。同时，加工工序比较分散，无法实现自动化加工。为了实现叶片磨抛自动化加工，将工人从恶劣工作环境解放出来，课题组开发了串并混联叶片磨抛机床。机床采用串并混联方式构型，既能继承传统串联机床控制简单的优点，又能发挥并联机构刚度高、精度高、灵活性高等优点。串并混联机床能够提取工人手工磨抛技艺，，仿生人手手腕调节叶片和刀具之间的姿态，实现恒力均匀磨抛。机床能够实现X、Y、Z、A、B五个自由度运动，X、Y、Z向运动调整叶片和磨抛工具之间位置，A、B向运动调整叶片和磨抛工具之间的姿态。本文在国家自然基金重点项目支持下，完成了串并混联叶片磨抛机床的机构设计、零部件加工、装配。目前机床正在调试、电气系和控制统连接、测量。根据叶片形状和成型特点，分析叶片成型所需自由度，确定机床运动方式。综合传统串联机构和并联机构的优点，确定机床的构型方式为串并混联式。并对机床的主要功能部件（并联机构、磨抛工具、原位测量系统、控制系统）的结构和工作原理进行介绍。利用有限元分析软件对机床进行静力学分、模态分析和谐响应分析。根据静力学分析结果来分析机床受静力状态下的刚度和强度。机床模态分析得到机床前十阶固有频率和振型，为合理选择切削速度避免机床产生共振提供了数据支持。谐响应分析获得机床受简谐力时的稳态响应情况。以多体系统理论为基础建立串并混联叶片磨抛机床几何误差综合分析模型。该模型考虑了各轴的定位误差、直线度误差、角度误差以及各轴之间的垂直度误差、平行度误差的综合作用。利用MATLAB验证了该模型的有效性和正确性，为后续误差补偿提供了理论支持。借助激光干涉仪对X、Y轴定位误差、直线度误差、俯仰角误差、偏摆角误差进行测量。根据测量获得的大量数据得出各项误差分布情况。将测得的几何误差带入误差模型，联动X、Y轴在XOY平面做圆形插补运动，在MATLAB平台上分析综合误差在空间分布情况。经分析发现，机床综合误差沿空间轴向分量主要受对应轴的定位误差影响最大。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG58

【参考文献】

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1 范晋伟,田越,宋国荣,黄旭东,康存锋;基于14条位移线测量法的数控机床误差参数辨识技术[J];北京工业大学学报;2000年02期

2 李金泉,丁洪生,付铁,庞思勤;并联机床的历史、现状及展望[J];机床与液压;2003年03期

3 张代治,赵继,王义强,祝佩兴,刘春保;5自由度混联式自由曲面研抛机床的运动学分析(一)——运动学正解[J];机床与液压;2005年08期

4 张代治,赵继,祝佩兴,王义强;5自由度混联式自由曲面研抛机床的运动学分析(二)——运动学逆解[J];机床与液压;2005年09期

5 朱嘉;李醒飞;谭文斌;向红标;陈诚;;基于激光干涉仪的测量机几何误差检定技术[J];机械工程学报;2010年10期

6 邬昌峰,高荣慧;并联机床的特点、研究现状及展望[J];机械;2003年01期

7 韩飞飞;赵继;张雷;赵帼娟;冀世军;;数控机床几何精度综合解析与试验研究[J];机械工程学报;2012年21期

8 李长河;蔡光起;;并联机床发展与国内外研究现状[J];青岛理工大学学报;2008年01期

9 王秀山;杨建国;闫嘉钰;;基于多体系统理论的五轴机床综合误差建模技术[J];上海交通大学学报;2008年05期

10 陈安民,李航,李济顺,杨丙乾,徐增军;平面正交光栅仪测量加工中心位置精度[J];现代制造工程;2003年11期