航发精锻叶片边缘自适应磨削加工方法研究

摘要

航空发动机精锻叶片是航空发动机的关键部件之一，由于其在高温、高压和高速状态下工作，因此叶片加工质量必须满足其几何精度及表面质量的要求。航发精锻叶片具有种类繁多、数量巨大、型面变化复杂及加工难度大等特点，叶片的加工精度及加工质量对整个航空发动机的性能和寿命有着至关重要的作用，同时航空发动机叶片的截面形状对航空发动机运行时产生的推力以及空气的流向都有非常重要影响。为了满足航空发动机高性能、高安全性、高可靠性及寿命长的要求，必须要对其加工精度进行严格要求。如果其加工精度达不到设计的理论范围，即实际加工成型叶片的尺寸精度与截面形状不符合实际要求，使得叶身与叶片的进排气边缘不能进行平滑过渡，这样的叶片在运行过程中会导致发动机出现气喘、怠速不稳等现象，严重时将威胁到飞行安全。　　现代航空发动机叶片的制造工艺一般采用精密锻造，叶片型面精度由锻模保证，一次成型不需要二次加工。但是由于叶片边缘曲率变化大，加工余量分布不均匀并且未知，所以不能采用铣削这种刚性加工方法。因此采用砂带柔性磨削加工叶片边缘，首先要对叶片边缘进行测量获取加工余量并计算实时磨削压力，再通过实验确定砂带型号、线速度、进给速度等工艺参数对叶片边缘进行自适应磨削。　　论文的主要研究工作如下：　　○1根据航空发动机精锻叶片叶身无余量加工要求及工艺要求，拟定叶片进排气边的数控砂带磨削加工方案。在复杂曲面六轴联动数控砂带磨削的基础上，提出增加控制工件与刀具之间法向接触力的七轴联动数控砂带磨削机床的边缘磨削方法，并对砂带接触轮与叶片之间的接触力控制方案进行分析研究。研究航空发动机精锻叶片边缘七轴联动数控砂带磨削工艺，确定加工轨迹规划方案，并对砂带、接触轮、砂带线速度、工件的进给速度等参数进行优化。　　○2建立精锻叶片边缘余量模型。根据叶片的检测数据，重构叶片曲面并进行误差分析，计算出叶片边缘各个刀触点处的余量值。提出磨削参数与加工余量之间的关系，并设计正交试验方案，确定各参数之间的关系。　　○3以叶片的CAD三维模型为基础，通过对叶片的分析，获取叶片型面上点的几何信息，以此为依据并结合砂带磨削特点与复杂曲面六轴联动砂带磨削理论来进行刀具轨迹规划，拾取刀触点，刀具支撑方向矢量以及接触轮轴线矢量的计算，最终获取刀位点信息。根据提取的叶片边缘余量分布，计算控制砂带与叶片接触力的第七轴数据。　　○4以Open CASCADE为几何内核，应用VS2010为开发平台，运用C++为编程语言，借助微分几何的知识，进行航发叶片自适应加工软件开发。该系统具备三维模型导入模块、坐标系设置模块、选择加工型面模块、刀具轨迹编辑模块、生成加工轨迹模块等，由用户将叶片三维模型导入软件平台并输入相应的加工参数，即可实现数控程序的自动编程，并以VERICUT为仿真平台对生成的数控加工代码进行验证，最后进行加工实验，进一步验证软件的可靠性。

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第一章 绪论

1.1课题来源

1.2 课题的研究背景与意义

1.3 国内外发展现状和发展趋势

1.4 研究内容

1.5 研究方法与技术路线

第二章 航发精锻叶片边缘数控砂带磨削方法

2.1 航发叶片边缘加工运动分析与机床结构形式

2.2 刀具轨迹规划方法

2.3 理论加工精度保证方法

2.4本章小结

第三章 精锻叶片边缘自适应磨削技术

3.1自适应磨削技术

3.2精锻叶片边缘自适应加工余量计算

3.3 边缘自适应磨削材料去除模型

3.4 本章小结

第四章 航发叶片自适应加工软件开发

4.1 引言

4.2开发平台

4.3 航发叶片自适应加工软件关键算法实现

4.4 航发叶片自适应加工软件

4.5 本章小结

第五章 仿真验证及加工工艺试验

5.1 软件介绍

5.2 叶片加工仿真机床的建立

5.3 加工仿真验证

5.4 加工试验

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果