直纹面型叶轮铣削变形及加工参数优化研究

摘要

整体叶轮作为航空航天发动机的重要零件，其叶片型面大多为曲率多变的自由曲面，叶轮叶片加工质量的优劣对整机性能有着关键的作用。然而，整体叶轮的叶片是典型的薄壁件，在加工过程中很容易造成加工尺寸偏差、厚度不均匀、叶片变形等一系列的问题。因此，本文对影响叶轮加工精度的铣削变形及参数优化技术的研究具有十分重要的意义。
　　首先，基于 B样条曲线和曲面的基本性质，将叶轮实体模型的原始数据点导入UG软件中，对整体叶轮模型进行几何建模。根据整体叶轮的加工工艺，对整体叶轮加工的刀具轨迹规划技术进行了研究。相关模型及规划轨迹为直纹面叶片的铣削力建模、叶片变形量的计算、参数优化等后续研究提供了基础。
　　其次，对直纹面侧铣的五轴铣削力模型进行了研究，在考虑曲面曲率对铣削力影响的基础上，将切深进行等效，并对球头铣刀的侧刃进行铣削力建模。对铣削力系数模型进行了建立，并通过正交试验对铣削力系数进行了计算。为叶片加工变形的有限元分析提供技术支持。
　　再次，在将UG软件中建立的直纹面叶片模型导入ANSYS后，通过划分网格、计算和加载铣削力等进行了叶片的有限元仿真。在完成传统单点变形分析的基础上，通过编写命令流的方式实现了叶片仿真的循环。运用MATLAB与ANSYS软件，对叶片弹性变形量进行了迭代运算，实现了直纹面叶片加工变形的计算，并完成了变形结果的仿真。
　　最后，基于仿真获得的直纹面叶片铣削加工变形，对加工过程中的相关参数进行了优化研究。用极差分析法对正交试验的结果进行了分析，并利用正交优势分析法对铣削参数的优化结果进行了计算。通过ANSYS软件对得到的优化结果进行了仿真验证，并实现了模型质量的评价。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题的研究目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 整体叶轮几何建模及刀具轨迹规划

2.1整体叶轮几何建模

2.2整体叶轮数控加工刀具轨迹规划

2.3本章小结

第3章 直纹面曲面加工铣削力建模及分析

3.1铣削力模型的建立

3.2平均铣削力系数模型

3.3实验求解铣削力模型系数

3.4曲面曲率计算及其对铣削力的影响

3.5本章小结

第4章 直纹面型叶轮叶片铣削变形研究

4.1有限元基本原理

4.2直纹面叶片铣削加工变形分析

4.3叶片弹性变形量迭代求解

4.4直纹面叶片加工变形计算

4.5本章小结

第5章 基于加工变形分析的铣削参数优化研究

5.1直纹面叶片铣削加工变形优化方法

5.2直纹面叶片铣削参数优化

5.3优化结果验证

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢