叶轮五轴联动加工工艺技术的研究

发布时间：2020-10-14 04:23

　　 整体叶轮是典型的复杂零件,叶片薄、相对刚度低、加工工艺性差,叶片只有叶根部位与轮毂相连,在加工过程中易受到切削力的作用发生弹性变形,产生加工误差。整体叶轮在加工过程中需要去除大量材料,加工效率较低。薄壁叶片加工误差的控制、整体叶轮加工效率的提高是实现整体叶轮高效、高精度加工的关键点和难点。车铣复合加工技术的发展,解决了复杂零件曲面加工的瓶颈问题。复合加工在一台机床上能完成大部分甚至全部的加工内容,减少了工件搬运时间、提高了生产效率;减少了工件装夹次数,提高了加工精度。因此研究整体叶轮的车铣复合加工,有助于大幅度提升复杂曲面类零件的制造水平。本文基于NURBS曲线/曲面技术对整体叶轮进行参数化建模,得到造型精确的整体叶轮模型;研究整体叶轮的车铣加工工艺特点,确定整体叶轮车铣复合加工方案;建立叶片铣削受力模型,分析叶片变形与铣削力的关系;研究影响整体叶轮加工效率、加工精度的因素,以最小叶片变形、最短加工时间、最低加工成本为目标,对整体叶轮的主轴转速n、进给速度、背吃刀量ap、切削宽度等切削参数进行多目标优化,尤其纳入了切削温度约束条件;采用优化的切削参数对整体叶轮进行前置处理,获得APT刀位文件;基于IMSPOST研发WFLM40车铣复合加工中心专用后置处理程序,使前置APT刀位文件能够完整、准确地换成NC程序,实现了整体叶轮的仿真加工和实际加工。经仿真与实际加工表明:采用优化的工艺方案加工整体叶轮,大幅缩短了整体叶轮的加工时间,降低了平均切削力从而有效控制了叶片的加工变形,提高了整体叶轮的加工质量和加工效率,充分发挥了车铣复合加工中心加工整体叶轮的优势,对整体叶轮的五轴数控加工具有较大的指导意义。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG659
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 概述
    1.2 整体叶轮的数控加工技术
        1.2.1 整体叶轮的分类
        1.2.2 整体叶轮的数控加工方法
        1.2.3 整体叶轮的数控加工存在的问题
    1.3 国内外研究现状
    1.4 多轴车铣复合加工技术
    1.5 课题的主要研究工作
2 整体叶轮的建模与工艺分析
    2.1 概述
    2.2 曲线曲面的数学知识基础
    2.3 整体叶轮的建模
        2.3.1 整体叶轮的测量
        2.3.2 基于CATIA的整体叶轮参数化建模
    2.4 整体叶轮加工工艺分析
    2.5 本章小结
3 整体叶轮五轴加工的工艺规划
    3.1 概述
    3.2 整体叶轮的加工工艺规划
        3.2.1 加工阶段的划分
        3.2.2 加工方法的选择
        3.2.3 加工装备与毛坯的选择
        3.2.4 加工刀具的选择
        3.2.5 加工余量的选择
        3.2.6 加工路线的确定
        3.2.7 加工变形的控制方法
    3.3 加工误差分析
    3.4 本章小结
4 基于加工变形控制的车铣加工工艺优化
    4.1 概述
    4.2 加工变形分析的理论基础
        4.2.1 铣削力理论计算
        4.2.2 叶片加工变形分析
    4.3 整体叶轮加工工艺的多目标优化
        4.3.1 切削参数的优化方法
        4.3.2 优化变量的确定
        4.3.3 目标函数的建立
        4.3.4 约束条件的确定
        4.3.5 多目标优化算法的实现
        4.3.6 优化结果分析
    4.4 本章小结
5 整体叶轮的仿真与实际加工
    5.1 基于CATIA的整体叶轮前置处理
    5.2 整体叶轮的仿真加工
        5.2.1 车铣复合加工中心仿真加工平台的构建
        5.2.2 基于IMSPOST的后置处理
        5.2.3 整体叶轮的仿真与实际加工
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录：硕士研究生期间发表的论文
致谢

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本文编号：2840176