整体叶轮的CAD造型和数控加工刀具路径规划

摘要

整体叶轮作为透平机械的核心部件，已经被广泛地用于航空、航天及其它工业领域。整体叶轮工作型面的设计涉及到空气动力学、流体力学等多个学科，它的设计与制造相比于常规机械零件要复杂得多。故而，对整体叶轮进行CAD造型和数控加工刀具路径规划的研究，对于缩短我国叶轮几何造型、数控加工以及CAM软件开发技术与工业发达国家的差距，提高我国流体机械行业在国际市场的竞争力都具有非常重要的意义。 本文在对各类拟合曲线进行分析与比较的基础上，选取了三次准均匀B样条理论作为叶轮造型的数学基础，推导了三次准均匀B样条曲线的计算公式。结合直纹面成形理论以及本文所研究的整体叶轮的数据特点，通过分析比较，选择了母线延两条引导线扫描来生成直纹面的成形方法，计算得出既满足叶轮造型要求又能同时保证其曲率连续性的叶轮曲面数学模型。并运用反证法，证明了叶片曲面为非可展直纹面。 针对整体叶轮造型与其毛坯零件在轮盖面处不吻合的问题，本文在分析了采用子午面偏置方法的局限与不足的同时，提出了曲面延伸求交的方法。在已经建立曲面数学模型的基础上，将曲面延伸至两两相交，通过联立方程组求得曲面相交线，解决了叶轮造型与毛坯不吻合问题。在UG软件环境下，按照点、线、面、体的成形步骤，通过规律曲线、直纹面、缝合、旋转、阵列、交运算等成形方法，生成了整体叶轮的三维模型，替代企业提供的尺寸有偏差的CAD造型。并依据衡量叶轮流体性能的重要参数——叶轮流道面积比，验证了整体叶轮造型修正后未对其流体性能产生明显的影响。 针对某企业提供的整体叶轮为研究对象，确定了其尺寸以及材料，在分析了普遍采用的先开槽，然后分层扩槽的加工工艺之后，引入了插铣法来规避传统工艺存在的种种缺点与不足。针对该叶轮初步探讨了其数控加工工序安排，粗加工刀具进退刀和走刀方式以及加工刀具的选择。并采用曲面等距偏置求交的方法来生成了插铣加工的之字形刀具路径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题来源

1.2自由曲线曲面造型技术理论的发展

1.3整体叶轮数控加工的关键技术

1.4本课题前期研究工作

1.5本课题的工作及研究内容

第2章整体叶轮概述

2.1叶轮的结构术语

2.2叶轮的主要结构参数

2.3本章小结

第3章 整体叶轮数据解读及数学建模理论研究

3.1叶轮造型数据的解读

3.2叶轮拟合曲线的选用

3.3三次准均匀B样条曲线

3.3.1三次准均匀B样条曲线理论

3.3.2三次准均匀B样条曲线的计算公式推导

3.4直纹面理论

3.4.1直纹面成形理论

3.4.2直纹面成形方法

3.5本章小结

第4章整体叶轮的数学描述及其几何造型

4.1叶轮的数学描述

4.1.1轮盖轮毂曲面的数学描述

4.1.2叶轮叶片的数学描述

4.2验证叶片曲面为非可展直纹曲面

4.3叶轮的CAD造型

4.3.1叶片CAD造型方法比较

4.3.2整体叶轮的UG建模过程

4.4本章小结

第5章 整体叶轮数据修正与验证

5.1整体叶轮模型与其毛坯零件对比

5.2整体叶轮造型的修正

5.2.1曲线曲面的延伸

5.2.2叶片轮盖曲线的修正

5.3整体叶轮造型修正的验证

5.3.1控制叶轮流道面积变化

5.3.2叶轮流道面积比的验证

5.4本章小结

第6章 整体叶轮的数控加工刀具路径规划

6.1尺寸及材料的确定

6.1.1叶轮毛坯尺寸及材料的确定

6.1.2叶轮造型尺寸的确定

6.2粗加工工艺方法的选择

6.3工序安排

6.4粗加工刀具进退刀和走刀方式

6.5加工刀具的选择

6.6粗加工刀具路径规划

6.6.1自由曲面等距面的生成

6.6.2粗加工走刀行距以及步进的确定

6.6.3刀具路径的生成

6.7精加工刀具路径规划发展概况

6.8本章小结

第7章总结与展望

7.1总结

7.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

附录A追赶法

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果