整体叶轮侧铣加工变形研究
发布时间：2022-01-19 01:32
整体叶轮作为典型的曲面薄壁件,在航天、船舶、化工及其他工程领域被广泛应用,叶轮制造水平极大影响着装备的性能和可靠性。整体叶轮常选用五轴数控机床进行铣削加工,因铣削力作用,导致薄壁叶片产生加工变形,造成加工误差。本文以五轴数控铣削技术为基础,对锥度球铣刀铣削力进行仿真和预测。研究铣削力对薄壁叶片加工变形的影响规律,计算加工误差并修正铣削刀路,从而提高薄壁叶片加工表面精度。首先,本文对整体叶轮进行数字化几何建模,并对侧铣刀路生成算法展开研究。基于NURBS技术,构建直纹叶片曲面模型,完成了整体叶轮几何造型;针对半开式整体叶轮,进行工艺路线设计、铣削参数设定、工装夹具设计、铣刀铣选型等工作,完成了五轴数控铣削工艺规划;基于最小二乘法理论,实现了直纹叶片侧铣刀路生成算法,与两点偏置法等算法相比较,极大降低设计误差（欠切/过切量）;分析德马吉DMU-70V非正交五轴数控机床结构特点,计算机床运动链关系,进行刀路后处理软件开发;基于VERICUT软件,创建了 DMU-70V五轴机床加工仿真平台,监测叶轮铣削过程中的刀-工干涉情况,保证了 NC代码准确性及安全性。其次,本文完成了锥度球铣刀力学模型构...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１航空结构件整体叶轮??叶片铣削过程受力复杂，本身曲面结构扭曲度大、刚性差，导致采用经典??
山东大学硕士学位论文??方法、铣削刀路自动化编程技术等方面的研宄内容，成为当前研宄整体叶轮加??工技术的重要课题。??１．２国内外研究概况??１．２．１整体叶轮加工刀路规划??叶片作为典型直纹面，其造型复杂、叶片数量多且流道狭窄，具体结构见??图１－２所示，因此在制造中易出现撞刀、干涉等现象。此类工件多选用五轴机床??制造加工，其五轴加工工艺规划存在诸多难点，如铣削刀路合理规划、工艺参??数优化等方面。??图１－２整体叶轮结构图??刀路规划工作内容包含刀位轨迹计算、刀轴矢量计算、干涉撞刀检查、适??用机床数控程序后处理等。目前ＣＡＤ／ＣＡＭ软件如ＵＧ、Ｐｒｏ／Ｅ、ＰｏｗｅｒＭＵｌ等内??置有刀路规划模块，并包含刀具－工件、刀具－夹具干涉监测功能，但是在干涉情??况下刀路优化方面有所欠缺。商用软件仅考虑设计工件的理论几何模型，难以??实现刀路设计的同时进行误差补偿。??针对整体叶轮侧铣刀路规划、刀－工干涉检查等问题，诸多学者进行了深入??的研宄。在国外研宄中，Ｃｈｉｏｕ等基于叶片直纹面几何形状特点，采用刀具扫??描法，实现了侧铣加工刀路生成。Ｌｉｍ等Ｍ分析叶片加工过程中存在的瓶颈和问??题，采用响应曲面法，实现了叶轮粗加工阶段的工艺优化，提升了叶轮叶片铣??削效率。ＢｏｈｅｚＥ．等学者分析五轴数控机床刀具－工件千涉及撞刀的问题，研??究出刀轴矢量计算方法。Ｙｏｕｎｇ等？］学者同样研宂刀具干涉情况，设计了叶轮??叶片无千涉刀路模块化规划方法，避免五轴加工时的刀－工千涉问题。Ｃｈｅｎ等［１２］??学者推导出铣刀定位最优计算办法，实现了加工过程中铣刀刀位点的定位和计??２??
丨！?｜铣削力建模?｜切削力系数识别?｜切削参数影响Ｉ??ＩＩＩＺＺＺＺＺＺ：ＺＺ＾：ＺＺＺＺＺ：Ｚ：ＺＺ：Ｚ＂??，?，！?｜第四章叶片加工变形及误差补偿研宄｜?｜??ｉ?变形仿Ｉｔ?Ｉ?１?Ｉ???ｉ及实验叶片铣削有?切削参数变?镜像误差补?！??Ｌ?！?１１限元分析?形分析偿?ｉ??：?Ｉ?！?｜第五章叶片表面质量研究及工艺平台开发｜?ｉ??ｊ?应用?Ｉ—?１?｜??ｉ?Ｉ?；?｜叶片加工表面质量｜?｜五轴数控加工开发平台｜?；??图１－４论文研宄框架??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Prediction of cutting forces in flank milling of parts with non-developable ruled surfaces[J]. Liping WANG,Hao SI,Liheng GU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(07)
[2]基于几何特征分解和环状切片的整体叶轮五轴混合加工工艺规划方法[J]. 唐新宇,汪祥,李昊翔,邓晓鹏,赵明宇,刘长青,乔辉. 航空制造技术. 2019(08)
[3]基于UG的整体叶轮数控加工仿真研究[J]. 秦录芳,孙涛,时四强,杨路. 组合机床与自动化加工技术. 2015(11)
[4]圆锥刀侧铣整体叶轮叶片曲面的刀轴轨迹规划[J]. 阎长罡,施晓春,邓晓云. 计算机集成制造系统. 2014(05)
[5]铝合金薄壁件侧壁加工变形有限元分析[J]. 何永强,曹岩. 现代制造工程. 2011(03)
[6]利用数控改造加工等螺旋角等前角锥球头立铣刀[J]. 康长玉,朱斌,雷君相. 制造技术与机床. 2010(06)
[7]任意扭曲叶轮五轴数控侧铣的算法研究[J]. 樊宏周,席光,王尚锦. 中国机械工程. 2010(02)
[8]叶轮造型与加工支撑软件的选择及技术特性[J]. 季田,卞桂虹,刘向东,郭东明. 制造技术与机床. 2008(01)
[9]叶轮数控加工中的干涉检查[J]. 蔡永林,孙卫青,姜虹. 中国机械工程. 2007(19)
[10]薄壁件的装夹变形机理分析与控制技术[J]. 秦国华,吴竹溪,张卫红. 机械工程学报. 2007(04)
硕士论文
[1]复杂曲面的五坐标宽行数控加工技术研究[D]. 孙心宇.南昌航空大学 2016
[2]离心叶轮叶片五轴数控铣削过程物理仿真研究[D]. 汤亮.湘潭大学 2011
[3]铝合金薄壁件铣削加工变形有限元模拟与试验研究[D]. 王一江.中北大学 2011
本文编号：3595967
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１航空结构件整体叶轮??叶片铣削过程受力复杂，本身曲面结构扭曲度大、刚性差，导致采用经典??
山东大学硕士学位论文??方法、铣削刀路自动化编程技术等方面的研宄内容，成为当前研宄整体叶轮加??工技术的重要课题。??１．２国内外研究概况??１．２．１整体叶轮加工刀路规划??叶片作为典型直纹面，其造型复杂、叶片数量多且流道狭窄，具体结构见??图１－２所示，因此在制造中易出现撞刀、干涉等现象。此类工件多选用五轴机床??制造加工，其五轴加工工艺规划存在诸多难点，如铣削刀路合理规划、工艺参??数优化等方面。??图１－２整体叶轮结构图??刀路规划工作内容包含刀位轨迹计算、刀轴矢量计算、干涉撞刀检查、适??用机床数控程序后处理等。目前ＣＡＤ／ＣＡＭ软件如ＵＧ、Ｐｒｏ／Ｅ、ＰｏｗｅｒＭＵｌ等内??置有刀路规划模块，并包含刀具－工件、刀具－夹具干涉监测功能，但是在干涉情??况下刀路优化方面有所欠缺。商用软件仅考虑设计工件的理论几何模型，难以??实现刀路设计的同时进行误差补偿。??针对整体叶轮侧铣刀路规划、刀－工干涉检查等问题，诸多学者进行了深入??的研宄。在国外研宄中，Ｃｈｉｏｕ等基于叶片直纹面几何形状特点，采用刀具扫??描法，实现了侧铣加工刀路生成。Ｌｉｍ等Ｍ分析叶片加工过程中存在的瓶颈和问??题，采用响应曲面法，实现了叶轮粗加工阶段的工艺优化，提升了叶轮叶片铣??削效率。ＢｏｈｅｚＥ．等学者分析五轴数控机床刀具－工件千涉及撞刀的问题，研??究出刀轴矢量计算方法。Ｙｏｕｎｇ等？］学者同样研宂刀具干涉情况，设计了叶轮??叶片无千涉刀路模块化规划方法，避免五轴加工时的刀－工千涉问题。Ｃｈｅｎ等［１２］??学者推导出铣刀定位最优计算办法，实现了加工过程中铣刀刀位点的定位和计??２??
丨！?｜铣削力建模?｜切削力系数识别?｜切削参数影响Ｉ??ＩＩＩＺＺＺＺＺＺ：ＺＺ＾：ＺＺＺＺＺ：Ｚ：ＺＺ：Ｚ＂??，?，！?｜第四章叶片加工变形及误差补偿研宄｜?｜??ｉ?变形仿Ｉｔ?Ｉ?１?Ｉ???ｉ及实验叶片铣削有?切削参数变?镜像误差补?！??Ｌ?！?１１限元分析?形分析偿?ｉ??：?Ｉ?！?｜第五章叶片表面质量研究及工艺平台开发｜?ｉ??ｊ?应用?Ｉ—?１?｜??ｉ?Ｉ?；?｜叶片加工表面质量｜?｜五轴数控加工开发平台｜?；??图１－４论文研宄框架??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Prediction of cutting forces in flank milling of parts with non-developable ruled surfaces[J]. Liping WANG,Hao SI,Liheng GU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(07)
[2]基于几何特征分解和环状切片的整体叶轮五轴混合加工工艺规划方法[J]. 唐新宇,汪祥,李昊翔,邓晓鹏,赵明宇,刘长青,乔辉. 航空制造技术. 2019(08)
[3]基于UG的整体叶轮数控加工仿真研究[J]. 秦录芳,孙涛,时四强,杨路. 组合机床与自动化加工技术. 2015(11)
[4]圆锥刀侧铣整体叶轮叶片曲面的刀轴轨迹规划[J]. 阎长罡,施晓春,邓晓云. 计算机集成制造系统. 2014(05)
[5]铝合金薄壁件侧壁加工变形有限元分析[J]. 何永强,曹岩. 现代制造工程. 2011(03)
[6]利用数控改造加工等螺旋角等前角锥球头立铣刀[J]. 康长玉,朱斌,雷君相. 制造技术与机床. 2010(06)
[7]任意扭曲叶轮五轴数控侧铣的算法研究[J]. 樊宏周,席光,王尚锦. 中国机械工程. 2010(02)
[8]叶轮造型与加工支撑软件的选择及技术特性[J]. 季田,卞桂虹,刘向东,郭东明. 制造技术与机床. 2008(01)
[9]叶轮数控加工中的干涉检查[J]. 蔡永林,孙卫青,姜虹. 中国机械工程. 2007(19)
[10]薄壁件的装夹变形机理分析与控制技术[J]. 秦国华,吴竹溪,张卫红. 机械工程学报. 2007(04)
硕士论文
[1]复杂曲面的五坐标宽行数控加工技术研究[D]. 孙心宇.南昌航空大学 2016
[2]离心叶轮叶片五轴数控铣削过程物理仿真研究[D]. 汤亮.湘潭大学 2011
[3]铝合金薄壁件铣削加工变形有限元模拟与试验研究[D]. 王一江.中北大学 2011
本文编号：3595967
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