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

摘要

作为航空发动机的关键零部件，航发叶片具有种类多、数量大、型面复杂、加工难度大等特点，其加工精度和加工质量对整机的性能和寿命都有着至关重要的影响。然而，我国的叶片制造企业普遍还采用传统落后的手工磨抛方式进行叶片的精整加工，严重制约了国防装备整体水平的提升。因此，研制一套经济，高效，具有自主知识产权的叶片型面自动化磨削加工设备，实现叶片高效、高精度磨削加工具有切实意义。
　　 数控自动编程系统是叶片数控加工过程中的一个重要环节，它决定了数控加工设备功能的发挥和加工效率的高低。目前，常用的数控编程软件价格昂贵并且通用性差，所以编制专用的透平叶片CAD/CAM软件是解决叶片自动化加工的最佳途径。本课题主要研究航空发动机叶片的砂带数控磨削自动编程技术，旨在于实现航空发动机叶片的七轴联动数控加工。本文完成的主要研究工作包括：
　　 1)以叶片的CAD模型为基础，通过对叶片型面分析，获取叶片上点的位置坐标和法向矢量及曲面的各向法曲率分布等信息，以此为依据并结合砂带磨削特点来进行刀具轨迹规划，刀触点的拾取，刀具回转轴方向计算、并获得刀位点信息。
　　 2)通过分析航空发动机叶片结构特点，提出了航发叶片进排气边加工技术难点，对接触轮进行受力分析建立了机床法向轴受力模型，通过分析砂带磨削参数建立了磨削深度和法向接触力的函数模型，通过提取叶片进排气边缘余量计算各刀位点处的磨削参数以便实现磨削过程中磨削量的控制，采用有限元法计算叶片的磨削变形量并对法向轴进给量进行补偿。
　　 3)从研究磨削过程中刀具与工件的相对位姿出发，充分考虑砂带磨削特点，分析了机床结构特点和各轴的运动形式建立机床的运动学模型，采用D-H法求解各轴的运动参数。为兼顾机床加工效率和加工质量对机床的进给速度进行了相应的研究，对砂带磨削加工误差进行校核并作出相应的补偿，根据数控系统特性进行格式转换生成数控程序。为保证程序的正确性，进行了干涉检查和磨削运动仿真。
　　 4)以UG为开发平台，采用VC++编程语言和UG/OPEN API二次开发工具，借助微分几何知识，完成了叶片专用自动编程系统的开发。该系统具备文件输入输出模块、加工区域划分模块、刀位点及磨削轨迹生成模块、叶片边缘加工余量提取模块、后置处理模块和加工仿真模块六大模块，由用户导入叶片模型并输入相应的加工参数即可实现数控程序的自动生成和砂带磨削加工仿真。