整体式叶轮建模及数控加工仿真研究

摘要

整体式叶轮作为航空发动机及各类透平机械的核心部件，广泛应用于离心压缩机、涡轮发动机、透平机械等各类动力设备。该类零件的设计涉及到流体力学、机械原理、空气动力学等多类学科。叶轮的设计和制造在航空、航天、汽车和军事工业占有举足轻重的地位。因此，对整体叶轮的不同加工方法、不同的加工精度和曲面表面质量要求都对其性能有着重要的影响。
　　随着计算机技术的日新月异，数控加工技术应用范围越来越广泛，现已经大量应用与航空航天、军事、机械制造领域。数控仿真模拟加工能够在实际加工之前就预测出碰撞、干涉、过切与过切情况，基于虚拟机床模拟技术，不但能够检测NC程序的正确与否，还可以对NC程序进行合理优化。数控加工仿真技术能够达到提高生产效率、降低加工风险与加工成本的目的。
　　(1)分析五轴数控加工中心的发展、整体式叶轮五轴数控加工国内外的研究现，通过本课题的研究背景及研究意义引出本课题的研究。
　　(2)对整体叶轮的几何结构进行分析。基于UG CAD模块进行叶轮建模，使用样条插值等技术。设计了加工工艺、阶段，明确了工序路线。
　　(3)研究了刀路轨迹的相关理论。基于UG CAM模块生成刀路轨迹。依次生成一次开粗、二次开粗、开槽加工、叶毂精加工、叶片精加工以及清根加工的刀路轨迹。
　　(4)分析了双转台结构的五轴加工中心。研究了双转台五轴加工中心的后处理算法。基于UG/Post后处理模块，按照DMU50五轴加工中心的参数制作了后置处理文件，将UG CAM模块生成的刀路轨迹生成DMU50五轴加工中心NC程序。
　　(5)基于VERICUT软件构建了DMU50五轴加工中心运动学模型，并配置了毛坯、夹具、数控刀具库以及控制系统。数控仿真模拟加工，并检测加工的切削状态。对于仿真加工得到的整体叶轮进行过切、欠切比较，并优化NC程序。实验加工得到整体式叶轮，加工精度与表面粗糙度达到标准，验证了刀路轨迹的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 选题意义

1．2 五轴数控加工中心发展概况

1．2．1 五轴数控机床的发展现状

1．2．2 五轴数控机床的发展方向

1．3 整体式叶轮数控加工简介

1．3．1 数控加工仿真技术的发展

1．3．2 国内外叶轮数控加工发展及研究现状

1．3．3 整体式叶轮数控加工仿真技术的发展概况

1．3．4 数控加工仿真技术的发展趋势

1．4 后置处理相关技术研究概况

1．4．1 后置处理技术简介

1．4．2 后置处理技术的发展

1．5 本文研究的主要内容

第2章 整体式叶轮建模理论及工艺规划

2．1 叶轮造型的造型理论

2．1．1 整体叶轮几何结构的分析

2．1．2 曲面造型理论基础

2．2 整体式叶轮基于UG的造型

2．2．1 整体式叶轮叶片的创建

2．2．2 整体式叶轮的创建

2．3 整体式叶轮的工艺规划

2．3．1 加工机床的确定

2．3．2 数控加工刀具的选择

2．3．3 毛坯及夹具的设计

2．3．4 切削参数用量的计算

2．3．5 加工阶段的划分及工序路线

2．4 本章小结

第3章 整体叶轮刀路规划及基于UG CAM数控编程

3．1 整体式叶轮粗加工阶段的刀具轨迹规划

3．1．1 粗加工区域的划分

3．1．2 叶片偏置曲面的求取

3．1．3 轮毂偏置曲面的求取

3．1．4 叶轮粗加工区域的求取

3．1．5 粗加工刀具直径的求取

3．1．6 粗加工刀具轨迹的生成

3．2 基于UG CAM整体式叶轮数控编程

3．2．1 UG CAM模块简介

3．2．2 基于UG CAM模块的刀路轨迹生成

3．3 本章小结

第4章 五轴加工中心后置处理程序开发

4．1 五轴加工中心的结构形式

4．1．1 双转台型五轴加工中心

4．1．2 双摆头型五轴加工中心

4．1．3 摆头转台型五轴加工中心

4．2 五轴加工中心的后置处理算法

4．2．1 双转台五轴机床的后置处理算法

4．2．2 非正交双转台五轴加工中心的后置处理算法

4．3 DMU50的后处理制作

4．3．1 DMU50的相关技术参数

4．3．2 UG／Post后处理介绍

4．3．3 基于NX／Post Builder的后处理文件的编制

4．4 基于后处理程序生成NC代码

4．4．1 后置处理文件的注册

4．4．2 刀路轨迹生成NC代码

4．5 本章小结

第5章 数控加工仿真及实验验证

5．1．2 VERICUT软件的仿真流程

5．2 基于VERICUT的叶轮加工仿真

5．2．1 构建DMU50五轴加工中心运动学模型

5．2．2 五轴仿真机床的设置

5．2．3 五轴机床刀具库的构建

5．2．4 添加部件及设置程序零点

5．2．4 仿真加工过程

5．2．5 仿真加工结果分析

5．2．6 仿真加工切削速度的优化

5．3 五轴机床叶轮加工实验

5．3．1 叶轮加工实验准备

5．3．2 叶轮加工实验过程

5．3．3 叶轮加工实验结果及分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢