航发精锻叶片边缘磨削机床结构设计及优化

摘要

在航空发动机中，叶片是其最关键的零部件之一，叶片的截面形状与加工表面质量对发动机的使用寿命、可靠性、工作效率等有着重要的影响。目前新型航空发动机叶片的加工工艺过程是：首先通过精密锻造保证叶片型面成型精度，之后铣削叶片边缘直边，并通过手工打磨的方法完成叶片进排气边缘曲面的加工。这种工艺方法虽然避开了叶片型面的加工过程，但无法实现叶片边缘曲面的高精度自动化加工，从而导致叶片边缘曲面的加工精度与成型一致性较差，叶片生产效率低下。本文针对这种加工工艺的缺陷，设计了一台专用于加工叶片进排气边缘的数控砂带磨削机床。该机床针对航空发动机叶片难加工的材料特性，采用砂带磨削方式，具有高效的材料切除率、较强的加工适应性以及良好的加工表面质量。针对叶片边缘曲面复杂的结构特点与加工余量分布的不均匀性，机床磨削机构采用伺服电机驱动与弹簧浮动磨削的结构布置方式，具有快速的输入激励响应，且能较好的适应叶片边缘曲面形状变化。　　本文的主要研究内容如下：　　首先，通过分析航发精锻叶片边缘曲面的加工要求与砂带磨削的特点，确定叶片边缘余量切削方法，根据航发精锻叶片边缘曲面的结构特点，分析砂带磨削所需的基本运动，确定机床所需的基本运动控制轴数。　　其次，借助叶片型面砂带磨床对叶片边缘曲面的磨削加工实验，分析该机床在加工叶片边缘曲面时存在的问题。并针对其问题设计一种具有快速动态激励响应的新型砂带浮动磨削机构，以适应叶片边缘曲面磨削余量分布的不均匀性和曲面结构的复杂多变性，从而满足叶片边缘曲面对加工精度与表面质量的高要求；设计机床B轴部件的结构布局，建立机床整体模型，并对其进行数控加工仿真，检验机床在加工过程中的干涉与碰撞，从理论上验证机床设计方案的可行性。　　最后，对改进后的机床磨削机构进行了动力学仿真，借助实验设计方法对仿真结果进行分析，完成对磨削机构的关键参数优化，保证机床磨削机构具有快速动态激励响应，以满足叶片边缘曲面特殊的加工要求；通过对两种布局的机床B轴部件进行动力学仿真，对比分析其结构优点；借助有限元软件，对机床基础部件进行了模态分析，得出机床的固有振动频率，以验证机床的可靠性。

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第一章 绪 论

1.1 课题来源及研究背景

1.2 航空发动机叶片加工机床研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第二章 航空发动机精锻叶片砂带磨削工艺性分析

2.1 砂带磨削的主要特点

2.2 航发精锻叶片结构特点及加工工艺要求

2.3 砂带磨削方式的确定

2.4 航发叶片边缘砂带磨削运动分析

2.5 本章小结

第三章 航发精锻叶片进排气边缘砂带磨床的结构设计

3.1 总体设计思路

3.2 叶片型面砂带磨削机床的结构分析

3.3 叶片进排气边缘砂带磨床的磨削机构设计

3.4 叶片进排气边缘砂带磨床的B轴部件设计

3.5 航发精锻叶片边缘砂带磨削数控机床的模型建立

3.6 航发精锻叶片边缘砂带磨床加工运动仿真

3.7 本章小结

第四章 叶片边缘磨床动力学仿真分析及优化

4.1 ADAMS软件概述

4.2 ADAMS多刚体系统动力学理论基础

4.3 叶片边缘砂带磨床磨削机构动力学仿真分析及参数优化

4.4 叶片边缘磨床与叶片型面磨床的B轴部件仿真对比分析

4.5 本章小结

第五章 叶片边缘磨床基础部件结构模态分析

5.1 结构模态分析概述

5.2 砂带磨削机床基础部件有限元实体模型建立

5.3 机床基础部件模态分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果