钛合金整体叶轮数控加工弹性变形控制技术研究

摘要

整体叶轮是航空发动机的核心零部件，其加工质量及精度关系到发动机的性能。五轴联动数控加工是整体叶轮的主要加工方式，钛合金整体叶轮的加工不仅具有刀路编程方面的难点，还存在刀具磨损严重、容易产生弹性变形、颤振及加工效率低等问题。本文针对钛合金整体叶轮精加工中叶片弹性让刀造成的加工精度低、表面质量差等问题进行研究，提出半精-精混合走刀策略及基于叶片刚度的精加工进给速度优化方法，大幅度减小加工误差、提高表面质量。具体研究内容包括：
　　(1)分析了某型钛合金整体叶轮的结构特点及加工难点，设计了加工工艺方案，并进行了基于VERICUT的整体叶轮数控加工仿真。
　　(2)建立了整体叶轮单叶片有限元模型，分析切削力大小、切削位置及加工余量对叶片弹性变形的影响，并根据结论提出了两种减小复杂曲面整体叶轮叶片加工弹性变形的方法：半精-精混合走刀策略、切削参数优化方案。
　　(3)提出了基于叶片刚度的进给速度优化方法来控制叶片弹性变形量、减小加工误差、提高表面质量，同时提高加工效率。通过整体叶轮单叶片对比加工实验验证该方法的有效性。
　　(4)进行了钛合金整体叶轮加工实验，并对加工表面质量及加工误差进行分析。单叶片切削实验及钛合金整体叶轮加工实验表明，提出的叶片半精-精混合走刀策略及基于叶片刚度的进给速度优化方法能够控制弹性变形量、减小加工误差、提高表面质量，同时提高加工效率。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 整体叶轮数控加工及相关技术研究现状

1.4 论文主要内容和组织结构

2 整体叶轮五轴数控加工工艺流程

2.1 引言

2.2 整体叶轮加工工艺分析

2.3 整体叶轮加工刀路轨迹规划

2.4 后置处理

2.5 刀路轨迹NC仿真

2.6 本章小结

3 整体叶轮加工叶片弹性变形分析

3.1 引言

3.2 叶片加工弹性变形原因分析

3.3 整体叶轮叶片加工弹性变形有限元分析

3.4 薄壁叶片弹性让刀误差抑制方法

3.5 本章小结

4 基于叶片刚度的精加工进给速度优化

4.1 引言

4.2 通过优化进给速度来优化切削力的依据

4.3 基于叶片刚度的进给速度优化方法流程

4.4 基于叶片刚度的精加工进给速度优化方法

4.5 实验验证

4.6 本章小结

5 钛合金整体叶轮加工试切实验

5.1 引言

5.2 整体叶轮加工实验

5.3 整体叶轮测量及误差分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间的研究成果