轴流式叶片多轴数控加工技术研究与参数优化

发布时间：2017-09-29 19:06

  本文关键词：轴流式叶片多轴数控加工技术研究与参数优化

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【摘要】：随着全球经济的快速发展和市场竞争的日趋激烈,复杂自由曲面类零部件在航空、汽车、模具和发电等领域得到广泛的应用,因其特殊的使用环境对其加工精度和加工效率的要求也越来越高。近年来,随着高性能计算机与数值模拟技术在机械制造领域的应用,运用计算机数值模拟技术来对大型复杂自由曲面类零件的加工过程进行研究已经成为一种必然趋势,这也是现代化机械制造研究领域的一个十分重要的课题。叶片式流体机械作为一类应用非常广泛的机械设备,对促进国民经济的快速发展起着极为重要的作用。特别是在现代化发电工业中,绝大部分的发电量是由叶片式流体机械(汽轮机、水轮机、风力机、燃气轮机)承担的,叶片作为叶片式流体机械的核心零部件,属于大型复杂的自由曲面,具有变曲率、大扭曲的特征、加工周期长及其在加工过程中铣削性能难预测等问题。因此,能否利用准确有效的计算机模拟方法对叶片类曲面零件的铣削性能进行预测与优化,对提高其加工效率与加工质量具有重要的意义。本文选用大型轴流式水轮机转轮叶片作为研究对象,对其铣削加工过程中的一系列问题进行了相关的研究。首先运用反求原理由叶片型面样条的极点坐标反求出叶片的三维模型,并完成其表面光顺性分析,在此基础上完成了叶片的数字化加工工艺分析与规划,并对数控加工刀具轨迹进行计算,通过后置处理算法构建了叶片五坐标数字化加工专用后置处理器,完成了刀具路径文件的后置处理。提出了一种基于过程集成铣削性能分析与优化模型,借助过程集成优化平台OPTIMUS建立了加工过程集成优化的铣削性能分析流程,综合考虑了加工过程中的几何和物理因素对叶片加工效率与加工误差的影响,并对叶片铣削加工过程中各影响因素进行了优化,最后通过构建的虚拟加工仿真环境对叶片的加工过程进行验证与分析,缩短了叶片的试切削加工周期,提高了加工效率。本论文研究成果不仅可以作为自由曲面类复杂零部件数字化加工铣削性能分析与优化方法,为叶片式流体机械数字化加工过程的切削力快速预测提供依据,还可以作为实验研究方法减少大型复杂零部件在实际加工过程前的试切削和装夹调整次数,减少加工材料的浪费,节约生产成本,提高数控加工工艺系统的安全性,对提高叶片的加工质量与加工效率具有重要的意义。
【关键词】：轴流式叶片 数控铣削 性能分析 参数优化 OPTIMUS
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 轴流式水轮机叶片数字化加工技术概述13-14
• 1.2.1 轴流式水轮机的分类13
• 1.2.2 轴流式水轮机叶片的数字化加工方法13-14
• 1.3 复杂曲面数字化加工国内外研究现状与发展14-17
• 1.4 轴流式水轮机叶片数字化加工关键技术17-18
• 1.4.1 多轴联动数字化加工刀具轨迹生成技术17
• 1.4.2 刀具轨迹的后置处理技术17
• 1.4.3 数字化加工过程仿真技术17-18
• 1.4.4 加工质量控制技术18
• 1.5 课题的来源及名称18
• 1.5.1 课题来源18
• 1.5.2 课题名称18
• 1.6 本文的选题意义及主要研究工作安排18-20
• 1.6.1 选题意义18
• 1.6.2 研究工作安排18-20
• 1.7 本章小结20-22
• 第二章 叶片数字化加工工艺分析与刀轨的计算22-42
• 2.1 引言22
• 2.2 叶片的三维数字化造型技术22-26
• 2.2.1 叶片造型的逆向工程技术23-24
• 2.2.2 叶片三维数字化模型的建立24-26
• 2.3 叶片数控加工工艺分析26-28
• 2.3.1 轴流式叶片数字化加工流程26
• 2.3.2 轴流式叶片数字化加工的难点26-28
• 2.4 叶片五坐标数控加工工艺规划28-31
• 2.4.1 叶片加工区域的划分28-29
• 2.4.2 加工余量的测量与加工位置的选择29-30
• 2.4.3 走刀路线的确定30
• 2.4.4 加工刀具的选择30-31
• 2.4.5 专用夹具的设计31
• 2.5 轴流叶片刀具轨迹的计算31-39
• 2.5.1 五坐标加工刀具轴线控制方法31-33
• 2.5.2 走刀步长的计算33-34
• 2.5.3 走刀行距的计算34-36
• 2.5.4 走刀步长与走刀行距的算法实例36-39
• 2.6 叶片刀具轨迹的生成39-40
• 2.7 本章小结40-42
• 第三章 五坐标数控机床加工后置处理研究42-58
• 3.1 引言42
• 3.2 五坐标数控加工后置处理原理42-46
• 3.2.1 数控加工后置处理的概述42-43
• 3.2.2 刀具轨迹源文件的解释43-44
• 3.2.3 数控加工NC代码的解释44-45
• 3.2.4 刀具轨迹源文件与数控NC代码的关系45-46
• 3.3 五坐标数控机床的分类46-48
• 3.4 双摆头五坐标数控机床的后置处理算法48-53
• 3.4.1 双摆头五坐标数控机床的拓扑结构48-50
• 3.4.2 空间变换矩阵50-51
• 3.4.3 双摆头五坐标数控机床运动方程的求解51-53
• 3.5 叶片五坐标数控加工刀具轨迹的后置处理53-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第四章 基于过程集成的数控铣削参数优化58-80
• 4.1 引言58-59
• 4.2 过程集成优化铣削性能分析原理与方法59-60
• 4.3 基于OPTIMUS的过程集成优化铣削性能分析流程的建立60-62
• 4.3.1 过程集成优化平台OPTIMUS简介60
• 4.3.2 过程集成优化仿真流程的建立60-62
• 4.4 铣削加工性能分析62-67
• 4.4.1 轴流式叶片数控铣削几何误差分析62-66
• 4.4.2 轴流式叶片数控铣削切削力分析66-67
• 4.5 叶片加工过程集成优化67-77
• 4.5.1 数控加工NC代码的优化67-71
• 4.5.2 数控铣削用量的优化71-77
• 4.6 本章小结77-80
• 第五章 轴流式叶片五轴铣削过程仿真与分析80-92
• 5.1 引言80
• 5.2 数字化加工仿真技术80-81
• 5.3 VERICUT数字化加工仿真流程81-83
• 5.4 叶片五坐标数字化加工刀具轨迹仿真83-89
• 5.4.1 叶片五轴数字化加工仿真环境的构建83-88
• 5.4.2 叶片的数字化加工过程验证88-89
• 5.5 仿真结果分析89-91
• 5.6 本章小结91-92
• 第六章 结论与展望92-94
• 6.1 结论92
• 6.2 创新点92-93
• 6.3 展望93-94
• 致谢94-96
• 参考文献96-102
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文及参与的项目102-104
• 附录B 轴流叶片精加工部分NC代码104-106

【参考文献】

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本文编号：943687