基于Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真及验证

摘要

整体涡轮叶盘是航空发动机新采用的一种结构件，是发动机的核心部件。整体涡轮叶盘构造复杂，加工精度要求严格，叶片叶型多为空间曲面，叶片通道狭小甚至扭弯;多采用高性能金属材料和复合材料，可加工性差，其加工制造成为发动机研制中的关键。目前，能实现多轴联动的数控电火花加工技术是加工制造整体涡轮叶盘的有效手段。
　　本文在系统阐述了几何建模发展的基础上研究了数控加工仿真中所常用的三维几何建模方法，并对其优缺点进行归纳总结;重点分析了体素(Voxel)模型，深入研究了压缩Voxel模型的建模原理与方法，实现了其建模算法和布尔运算算法;阐述了计算机仿真中Voxel模型的显示方法，分析了经典Marching Cubes方法在Voxel模型显示方面的不足，研究并实现了压缩Voxel模型的优化Marching Cubes算法，提高了压缩Voxel模型表面三维网格提取效率;在上述工作的基础上，对整体涡轮叶盘的加工工件和成型电极分别进行造型，并构造加工工件压缩Voxel模型和成型电极空间扫描体压缩Voxel模型，对两者进行一次布尔减运算，从而完成整体涡轮叶盘电火花加工过程仿真;运用压缩Voxel模型优化Marching Cubes算法对仿真加工过程进行实时图形显示;仿真加工完成后，提取仿真加工后的整体涡轮叶盘压缩Voxel模型表面离散数据点并与标准叶片和整体涡轮叶盘CAD模型对应型值点数据进行比较，完成对仿真加工结果的分析验证。
　　基于压缩Voxel模型的整体涡轮五坐标数控电火花加工仿真验证方法可以实时在三维空间中从多个角度、动态观察仿真过程，并可以对加工仿真结果进行误差分析，已应用到《整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程仿真验证系统》（简称《系统》）中，可以有效、准确验证数控电火花加工程序，取得良好效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 数控加工及仿真技术

1．2．2 整体涡轮叶盘加工技术

1．2．3 整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工原理及仿真

1．3 本文研究目的及内容

2 压缩体素模型概述

2．1 几何建模技术概述

2．2 压缩体素模型数据结构

2．3 压缩体素模型布尔运算

2．4 压缩体素模型显示

2．4．1 体素模型显示

2．4．2 传统Marching Cubes方法

2．4．3 基于压缩Voxel模型的改进Marching Cubes算法

2．5 本章小结

3 整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真建模

3．1 加工工件和成型电极造型

3．2 加工工件和成型电极压缩体素模型建模

3．3 本章小结

4 整体涡轮叶盘五坐标数控电火花数控加工仿真与验证

4．1 成型电极空间扫描体压缩体素模型构造

4．2 加工过程三维仿真

4．3 基于压缩体素模型的仿真分析验证

4．3．1 叶片型面加工误差分析

4．3．2 叶片通道误差分析

4．4 本章小结

5 应用

5．1 系统开发框架

5．2 系统实现

5．3 仿真及验证方法的应用

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢