静叶片数控加工刀位轨迹规划与误差补偿研究

摘要

叶片是发动机等机械设备的关键部件，被广泛的应用于航空航天等领域。叶片的汽道型面由空间三维曲线构成，它是加工过程中最难以加工的部分之一，并且其加工质量直接关系到机组的工作性能。为满足机械设备的高性能、可靠性以及寿命的要求，对叶片尺寸、形状和表面完整性提出了更高的要求。这就要求叶片型面具有高的尺寸精度和表面质量，对叶片的加工是一个极大的考验。
　　数控加工是CAD/CAM技术中重要的环节之一，刀位轨迹规划又是数控加工的关键部分。对于空间曲线的加工，刀位轨迹在很大程度上决定了工件的加工质量和效率。
　　本文分析了当前叶片加工现状。根据静叶片的数控加工工艺，研究了静叶片数控加工的工件坐标零点定位的问题，并在Cimatron E中对其汽道部分进行了刀位轨迹规划。基于球头铣刀铣削力模型和刀具受力变形模型，分析了加工过程中球头铣刀的受力变形，分析了叶片的数控加工过程中过切、欠切现象。通过建立的球头铣刀三维模型，用ANSYS对刀具的受力变形进行有限元分析。研究球头铣刀受力变形导致的加工误差，并利用Matlab平台对铣削力和刀具变形导致的加工误差进行计算。研究了通过修正走刀路径减小加工误差的补偿方法。在VERICUT中构建与实际加工情况较为接近的加工环境，利用补偿后的数控代码进行仿真加工，验证程序的合理性，证实了所采用方法的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及所课题研究的目的与意义

1．1．1 课题来源和立题背景

1．1．2 课题研究的目的与意义

1．2 课题相关的研究现状

1．2．1 刀具轨迹规划

1．2．2 球铣刀受力变形与误差补偿

1．2．3 当前国内外加工叶片的现状

1．3 本课题研究的主要内容

1．4 课题相关的软件介绍

1．5 本章小结

2 叶片结构与数控加工工艺分析

2．1 叶片的工作环境与材料选择

2．2 叶片的结构与分类

2．3 叶片的加工工艺

2．3．1 现代数控加工工艺

2．4 静叶片数控加工工艺

2．4．1 静叶片加工工艺流程及内容

2．5 本章小结

3 静叶片刀位轨迹规划

3．1 轨迹规划的几个关键因素

3．1．1 步长的计算

3．1．2 行距的计算

3．1．3 走刀方式的选择

3．2 静叶片汽道加工路径规划

3．3 Cimatron E刀位轨迹生成

3．3．1 静叶片加工参数的设置

3．3．2 后置处理

3．4 本章小结

4 静叶片加工误差分析与补偿

4．1 误差来源分析

4．2 球头铣刀铣削力的计算研究

4．2．1 球铣刀的铣削力模型

4．2．2 球头铣刀几何刃线模型

4．2．3 瞬时切削区域的确定

4．2．4 铣削力的计算

4．3 球铣刀受力变形分析

4．3．1 刀具受力变形模型

4．3．2 考虑刀具变形的瞬时切削厚度计算

4．3．3 刀具变形引起的加工误差分析

4．4 球头铣刀有限元分析

4．5 静叶片汽道加工误差补偿

4．5．1 误差补偿研究

4．5．2 刀位轨迹修正补偿

4．6 本章小结

5 静叶片虚拟加工

5．1 虚拟数控机床模型的构建

5．2 VERICUT控制系统配置

5．3 刀具的构建

5．4 数控程序的添加

5．5 夹具和加工模型的添加及工件坐标系的定义

5．6 叶片加工仿真结果

5．7 本章小结

6 论文总结与展望

6．1 论文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参与发表的学术论文及研究成果