基于最小二乘原理的叶轮加工刀位规划方法研究

发布时间：2017-08-07 13:09

  本文关键词：基于最小二乘原理的叶轮加工刀位规划方法研究

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【摘要】：叶轮作为透平机械中的关键零部件,其结构复杂,生产技术也始终是如今数控制造领域中的难题。整体叶轮从毛坯到最终成品通常需要经过粗加工、半精加工、精加工和磨光处理等几个过程,其中粗、精加工是叶轮加工中最为重要的两个环节。粗加工环节对叶轮产品的生产周期和成本有着举足轻重的作用,而精加工环节直接决定着叶轮加工质量的优劣,从而对叶轮的整体特性和机械效率产生极其重要的影响,因而,研究叶轮的数控加工制造方法具有相当重要的应用价值。本文以半开式整体叶轮为研究目标,其叶片曲面为非可展直纹面,在完成叶轮数字化建模的基础上对其粗加工阶段和精加工阶段进行了研究,其主要内容如下：本文首先完成了半开式整体叶轮的数字化建模,以此作为数控加工研究的基础。详细陈述了叶轮模型的整个构建过程,并分别在MATLAB软件和UG软件环境下完成了模型的三维显示。其次,完成了叶轮的粗加工刀具路径规划。文章采用分段变轴插铣的加工方法对叶轮流道进行加工,在尽可能提高粗加工效率的同时使加工后余量比较均匀,以便于后续的精加工。通过对叶片偏置曲面进行直纹面逼近并与轮毂面求交得到了无干涉的粗加工区域,在此区域内布置插铣刀位完成了叶轮的粗加工。最终,在UG中完成了相应的粗加工仿真操作,验证了理论方法的可行性。最后,对非可展直纹曲面的精加工进行了相应的研究,提出了一项新的侧铣精加工刀路生成算法。该算法将刀具侧铣非可展直纹面的理论模型归结为刀具曲面与设计曲面的最佳平方逼近问题,从刀具轴线出发,以被加工曲面的刀位规划误差为纽带,得到刀具曲面上的一条映射曲线,该曲线最能表征刀具曲面与被加工曲面的贴近程度,进而建立了确定刀具位姿的最小二乘逼近模型并推导出了模型的具体解算方法,最后通过数值算例与两点偏置法、三点偏置法和UG数控加工模块中的可变轴轮廓铣法加工的结果进行了相应的比较,分析了其误差分布规律,结果表明所提方法的几何残留误差较小,验证了算法的有效性,最终将所提算法应用到了叶片曲面的精加工过程中,在UG软件中完成了相应的精加工仿真,分析了其加工误差大小。而对于轮毂曲面和叶片圆角的精加工,直接利用UG软件中专有的叶轮加工模块生成刀路、完成加工。
【关键词】：半开式整体叶轮 数字化建模 插铣 侧铣 刀具路径规划
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究概况10-15
• 1.2.1 叶轮模型构造技术的研究概况及发展趋势10-11
• 1.2.2 叶轮制造技术研究概况及发展趋势11-15
• 1.3 本文主要研究内容及结构15-16
• 2 叶轮模型构建和刀位规划的理论基础16-25
• 2.1 B样条曲线16-19
• 2.1.1 B样条曲线的递归定义16
• 2.1.2 B样条曲线的正反算16-18
• 2.1.3 B样条曲线导矢18-19
• 2.2 回转运动群19-20
• 2.3 点到参数曲线曲面的最小距离20-22
• 2.4 刀位规划的基本知识22-24
• 2.4.1 基本概念和加工刀具22-23
• 2.4.2 刀具路径优劣的判断标准23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 半开式整体叶轮三维实体构造25-32
• 3.1 叶轮模型结构分析25-26
• 3.2 叶片曲面的实体造型26-30
• 3.3 轮毂曲面的造型30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 半开式整体叶轮变轴插铣粗加工刀位规划32-43
• 4.1 插铣粗加工边界的计算32-37
• 4.1.1 截平面的选取33-34
• 4.1.2 包络直纹面的生成34-36
• 4.1.3 直纹面与轮毂偏置面交线的计算36-37
• 4.2 插铣加工刀位轨迹的确定37-40
• 4.3 叶轮插铣粗加工阶段仿真40-41
• 4.4 本章小结41-43
• 5 非可展直纹面侧铣加工的最小二乘刀位规划方法43-54
• 5.1 映射曲线与刀位误差43-44
• 5.2 圆柱刀和圆锥刀侧铣曲面的最小二乘逼近模型44-47
• 5.3 数值算例47-53
• 5.4 本章小结53-54
• 6 半开式整体叶轮精加工刀具路径规划54-67
• 6.1 叶片精加工轨迹生成54-55
• 6.2 叶片精加工仿真55-56
• 6.3 叶片精加工误差分析56-61
• 6.4 轮毂曲面和叶片圆角的精加工61-66
• 6.5 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 曹利新;马晓嘉;;五坐标加工整体叶轮粗加工刀位规划[J];大连理工大学学报;2008年01期

2 戴正元,谷传纲;离心泵叶轮轴面流道计算新方法[J];工程热物理学报;2003年05期

3 孙晶;蔡永林;;基于插铣加工的非等参数刀具轨迹生成方法[J];装备制造技术;2009年07期

4 孙春华,陈日告晖,刘华明;整体叶轮侧铣数控加工刀位轨迹生成新方法[J];推进技术;2000年05期

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本文编号：634794