面向叶片加工的数控砂带抛磨系统的研究

发布时间：2017-06-20 23:11

  本文关键词：面向叶片加工的数控砂带抛磨系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 叶轮机械在航空航天,电力能源等行业应用广泛。其核心部件叶片因其特殊的自由曲面外形,属于典型的难加工零件。在国内在叶片加工领域,与铣削加工高精度与高效率形成鲜明对比的是,对叶片自由形面的抛磨加工仍然停留在以人工抛磨为主的阶段。随着叶片尺寸的不断增大,产量需求的不断上升,叶片自动化机械抛磨已经成为限制高质量叶片生产的瓶颈。因此,研制一套经济,高效,具有自主知识产权的叶片形面抛磨系统,解决叶片加工中铣削与抛磨自动化程度不对称的局面,具有切实意义。 本文抓住切削加工中刀具与工件的相对位姿这个关键因素,借鉴砂带磨削的加工特点,分析并提出了机床的运动轴数和机构的空间分布。通过分析机床的运动学模型,提出了机床运动机构的配置原则。通过将机床视为特殊结构的机器人,反解了机床的各个关节运动参量,解决了本模型无封闭解的问题。提出适合多轴数控砂带磨削的接触轮控制策略——法向接触法。此法可有效利用机床的结构刚度,简化机床运动学模型的反解计算工作,并且方便实现磨削过程中磨削压力的控制。为了兼顾加工过程中的无干涉磨削与高效磨削,提出了接触轮外形应采用鼓形接触轮,并给出了接触轮回转轴方向与进给方向的控制策略。 基于UG二次开发功能,以叶片的CAD模型为基础,通过对叶片自由曲面上任意的分析,获得叶片上每一点的精确位置坐标和相应的法向矢量及曲面的各向法曲率分布等信息,以此为依据来进行刀具轨迹规划,刀触点的拾取,并获得刀位点信息。同时还可以在自由形面上划分加工区域来规避诸如叶根、叶冠和筋板等难于编程加工的区域。 利用UG提供的虚拟装配和运动仿真模块,建立数控抛磨系统的虚拟机床模型,实现叶片在机床上的虚拟装夹。对抛磨过程中材料的去除情况及磨削后的残余高度进行了仿真,从而对最终的加工精度进行定量分析,以验证刀具轨迹分布的合理性与正确性。利用反解得到的运动参量来驱动虚拟机床的各个运动关节,可以观察整台机床在运动过程中运动部件之间是否会发生干涉,并利用刀位文件的交互模式对错误的刀具轨迹及时做出调整与修改,保证刀位信息的可靠。
【关键词】：数控砂带抛磨 叶片抛磨 运动学建模 加工过程仿真 虚拟样机 虚拟装配 UG/Open_API二次开发
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG596
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章绪论8-16
• 1.1 引言8
• 1.2 数控砂带磨削加工的研究现状8-13
• 1.2.1 砂带磨削技术8-10
• 1.2.2 砂带磨削装备的国内外现状10-13
• 1.3 研究的内容与思路13-16
• 1.3.1 研究思路13-14
• 1.3.2 研究的内容14-16
• 第二章 机床结构形式的确定与刀具轨迹规划16-31
• 2.1 机床结构形式的确定16-22
• 2.1.1 常见多轴机床的结构类型及分析16-18
• 2.1.2 法向接触对抛磨加工的意义18-20
• 2.1.3 叶片抛磨系统结构形式的确定与运动分配20-22
• 2.2 接触轮外形特性分析22-26
• 2.2.1 空间曲面特性22-23
• 2.2.2 接触轮的母线形式23-24
• 2.2.3 接触轮鼓形面的曲面特性24
• 2.2.4 接触轮局部坐标系的建立24-25
• 2.2.5 接触轮的有效空间25-26
• 2.3 刀具轨迹规划26-29
• 2.3.1 复杂曲面加工中常用的刀具轨迹规划方式26-28
• 2.3.2 刀具轨迹间距计算与刀位点的确定28-29
• 2.3 接触轮回转轴方向的控制策略29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 六轴联动机床的正逆问题的求解31-40
• 3.1 齐次坐标变换与物体空间位姿的描述31-33
• 3.1.1 刚体位姿的描述31-32
• 3.1.2 齐次坐标变换32-33
• 3.2 六轴联动机床运动学模型的建立33-36
• 3.2.1 机床运动学模型的建模基础33-35
• 3.2.2 机床运动学正向问题建模35-36
• 3.3 对机床运动学模型的反解36-39
• 3.3.1 求解关节变量36-38
• 3.3.2 结果分析38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 基于UG 二次开发的刀位信息获取40-58
• 4.1 UG 二次开发的相关基本概念40-49
• 4.1.1 UG/Open 的基本概念40-41
• 4.1.2 基于UG/Open_API 的基础知识41-43
• 4.1.3 在VC 环境下搭建UG 二次开发框架43-49
• 4.2 空间曲线曲面的几何特性49-52
• 4.2.1 空间自由曲线曲面理论基础49-50
• 4.2.2 UG 环境中曲面上任意点处主方向的获得50-52
• 4.3 刀位点数据的获取52-57
• 4.3.1 UG 下叶片形面的造型52
• 4.3.2 叶片自由形面上加工区域划分52-55
• 4.3.3 刀具轨迹规划与刀触点信息的获取55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 叶片抛磨加工的仿真58-64
• 5.1 接触轮的生成与控制58-60
• 5.1.1 接触轮三维模型的参数化生成58-59
• 5.1.2 接触轮的空间位姿控制59-60
• 5.2 抛磨加工过程的仿真60-63
• 5.2.1 材料去除的仿真60-61
• 5.2.2 加工过程的仿真61-62
• 5.2.3 实际残留高度的分析62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 基于虚拟机床的加工过程的仿真64-73
• 6.1 UG 下虚拟机床的建立64-67
• 6.1.1 UG 的虚拟装配（ASSEMBLIES）64-65
• 6.1.2 UG 的运动仿真（MOTION）65
• 6.1.3 虚拟机床模型的建立65-67
• 6.2 虚拟加工仿真67-72
• 6.2.1 叶片的虚拟装配67-70
• 6.2.2 基于Spreadsheet 的加工仿真70-72
• 6.3 本章小结72-73
• 第七章 结论与展望73-76
• 7.1 论文工作总结73-75
• 7.1.1 研究工作总结与结论分析73-74
• 7.1.2 本文的主要创新点74
• 7.1.3 研究中存在的问题以及应对策略74-75
• 7.2 展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 周洁;何卫;胡旭晓;毛磊;;四轴联动变刀触点自由曲面磨削算法研究[J];机械科学与技术;2011年06期

2 毛磊;何卫;周洁;骆广进;胡旭晓;周哲平;;基于曲率拟合及变刀触点的防干涉四轴磨削算法[J];中国机械工程;2011年17期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 吕洪波;机器人智能修磨方法研究[D];清华大学;2011年

2 卜迟武;风机叶片打磨机器人的控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 杨赫然;叶片双面砂带磨削工艺理论与关键技术研究[D];吉林大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 吴广领;叶片砂带磨削六轴数控系统编程技术研究[D];江南大学;2011年

2 李元坤;叶片研抛机床工具系统与控制技术研究[D];吉林大学;2011年

3 张作杰;叶片双面抛磨机床控制系统研究[D];吉林大学;2012年

4 张岳;航发叶片七轴联动数控砂带磨削加工方法及自动编程关键技术研究[D];重庆大学;2012年

5 邵增超;叶片双面磨抛工具系统及实验研究[D];吉林大学;2013年

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本文编号：467132