大型船用螺旋桨加工机床模态分析及螺旋桨叶片加工优化

摘要

大型船用螺旋桨叶片属于大型薄壁曲面零件,其形状不规则,加工过程中易受力变形。为了提高螺旋桨的加工质量和加工效率,本文对加工螺旋桨用七轴五联动数控车铣复合机床(简称七轴五联动机床)的模态频率和振型、螺旋桨叶片装夹支撑位置分布和切削参数的选取进行了深入研究。
　　为了避免七轴五联动机床在加工过程中发生振动,影响加工质量,本文采用了有限元分析方法对七轴五联动机床进行模态分析,获得了机床的固有频率和振型。并将理论模态分析与实验模态分析结果进行对比,证明了理论模态分析结果的正确性。在模态分析过程中对变形较小的工作台施加了显示体约束,并将其与工作台为弹性体的机床模态分析结果的准确性和计算效率进行对比,表明对工作台施加显示体约束不仅可以获得准确的计算结果,而且具有更高的计算效率。
　　针对螺旋桨叶片在加工过程中容易因受到切削力的作用发生变形的问题,本文研发了基于遗传算法的装夹支撑优化程序,以ANSYS作为求解工具,借助ANSYS的参数化设计语言(APDL)实现了优化过程的自动化,简化了操作过程,提高了优化效率。
　　就螺旋桨加工效率问题,本文设计了基于遗传算法切削参数优化程序,以切削深度、切削宽度和每齿进给量为自变量,以材料去除率为目标函数,在变形量小于允许值的条件下,获得了最佳材料切除效率。

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1 绪论

1.1 课题来源、研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 七轴五联动机床有限元模型建立

2.1 七轴五联动机床模型装配

2.2 七轴五联动机床材料和截面属性

2.3 七轴五联动机床部件约束形式

2.4 七轴五联动机床的网格划分

2.5 七轴五联动机床模型建立

2.6 本章小结

3 七轴五联动机床模态分析

3.1 模态分析的有限元法

3.2 理论模态分析步骤

3.3 理论模态分析结果

3.4 本章小结

4 螺旋桨叶片装夹支撑优化

4.1 螺旋桨叶片受力分析

4.2 支撑优化数学模型建立

4.3 支撑优化程序流程及相关技术实现

4.4 叶片支撑位置分布优化结果

4.5 本章小结

5 螺旋桨叶片切削参数优化

5.1 铣削力计算

5.2 切削参数优化模型设计

5.3 切削参数优化系统实现

5.4 切削参数优化结果

5.5 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1（攻读学位期间发表论文目录）