叶片类自由曲面的旋风包络铣削技术研究

发布时间：2017-09-24 02:15

  本文关键词：叶片类自由曲面的旋风包络铣削技术研究

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【摘要】：叶片类零件在航空、航天、化工、能源等众多工业领域的应用不断扩大,叶片作为这些设备的关键性零件,其加工精度要求高,制造难度大,并且曲面加工质量严重影响着这些设备的机械性能。叶片曲面多由自由曲面或不可展直纹面构成,并且加工过程比较复杂,一般需要在多轴联动数控机床(四轴、五轴)上进行加工。虽然多轴机床的加工精度与加工效率比较高,但其机床价格比较昂贵并且生产准备时间较长。这无疑增加了叶片制造成本,在一定程度上降低了国内叶片企业的市场竞争力。旋风铣削是一种用装在高速旋转刀盘上的硬质合金成型刀,从工件上铣削出螺纹的加工方法,又称为螺纹旋风铣。旋风铣削方法在切削过程中不仅刀具高速回转,切削速度高,切削过程平稳,而且工件表面加工质量好、材料去除率高,已广泛应用于螺旋曲面类零件的加工。鉴于旋风铣削方法在螺旋曲面加工中的诸多优点以及高效、高精度的加工效果,本文基于这种旋风铣削工艺研发一种加工叶片曲面的方法,并研究其智能化制造的基本理论。研究的基本思想为：提炼叶片类零件的构形特征,研究其包络成形和旋风铣削方法,形成叶片曲面的数控旋风铣削新方法,为叶片高效、低成本和智能制造提供一条新途径。首先对叶片曲面的构型特点以及NURBS造形方法的研究进行研究,建立叶片曲面的数学模型并分析其微分几何特性。在叶片曲面的包络加工的运动学模型分析的基础上,研究叶片曲面与刀具的旋风包络铣削空间啮合模型,形成旋风包络铣削叶片曲面的基本理论方法,以及基于螺旋进给方式的旋风包络铣削方法切触点的构造方法及其实现算法。最后,在以上研究理论基础之上基于Matlab平台开发具备基本数控编程功能的实验验证系统,并选取若干典型的、具有代表性的叶片类零件验证了所提出加工方法的有效性与可行性。
【关键词】：叶片曲面 旋风包络 自由曲面 螺旋刀轨 验证实验
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.2 国内外相关研究现状与发展动态15-17
• 1.2.1 叶片曲面造形及其数控加工方法研究15-16
• 1.2.2 旋风铣削方法研究16-17
• 1.3 课题的研究思路与章节安排17-19
• 1.3.1 课题的主要研究思路17-19
• 1.3.2 章节安排19
• 1.4 课题的研究意义19-22
• 第2章 叶片曲面的建模与微分几何特性22-36
• 2.1 NURBS曲线表示及其插值22-27
• 2.1.1 NURBS曲线表示22-23
• 2.1.2 NURBS曲线节点矢量的确定23-25
• 2.1.3 反算NURBS曲线的控制顶点25-26
• 2.1.4 NURBS曲线的插值26-27
• 2.2 NURBS曲面27-28
• 2.2.1 NURBS曲面的定义27
• 2.2.2 节点矢量的确定27-28
• 2.2.3 反算控制顶点28
• 2.3 叶片曲面的NURBS构造方法28-30
• 2.4 叶片曲面的微分几何特性30-33
• 2.4.1 曲面曲线的法曲率与主曲率30-31
• 2.4.2 叶片曲面类性的判断31
• 2.4.3 有效的曲面曲率31-32
• 2.4.4 默尼埃(Meusnier)定理32-33
• 2.5 本章小结33-36
• 第3章 叶片曲面的旋风包络铣削理论36-48
• 3.1 外旋风包络铣削装备36-37
• 3.2 叶片曲面的旋风包络铣削模型37-39
• 3.2.1 刀具数学模型37-38
• 3.2.2 叶片曲面的旋风包络成形原理38-39
• 3.3 外旋风包络铣削机理39-46
• 3.3.1 包络铣削路径40-43
• 3.3.2 最大切屑厚度43-44
• 3.3.3 材料去除率44-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 叶片曲面螺旋刀具轨迹规划算法48-66
• 4.1 刀具进给方式48-50
• 4.2 叶片曲面螺旋刀具轨迹求解算法50-61
• 4.2.1 螺旋切触点的构造原理51-54
• 4.2.2 叶片曲面走刀步长的计算54-55
• 4.2.3 叶片曲面走刀行距的计算55-57
• 4.2.4 算法的实现57-59
• 4.2.5 刀位点的求解59-60
• 4.2.6 后置处理60-61
• 4.3 加工理论误差分析61-63
• 4.3.1 旋风铣刀径向误差分析62
• 4.3.2 旋风铣刀轴向误差分析62-63
• 4.4 旋风铣刀尺寸的选取原则63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 实验验证66-78
• 5.1 实验验证系统66-67
• 5.2 验证实例67-77
• 5.2.1 加工实验条件67-69
• 5.2.2 实验验证一69-74
• 5.2.3 实验验证二74-77
• 5.3 本章小结77-78
• 总结与展望78-82
• 总结78-80
• 展望80-82
• 参考文献82-88
• 攻读硕士学位期间的科研成果88-90
• 致谢90-91
• 附件91

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本文编号：908777