基于三维测量的精铸叶片机器人砂带磨抛方法研究

摘要

航空发动机叶片是航空发动机中的关键零部件，其制造效率与品质将决定航空发动机的性能与寿命。目前，对于精度要求高的涡轮叶片和特殊的空心叶片，国内一般采用精铸、高精度铣、手工经验磨抛或专用数控机床磨削与离线测量相结合的制造工艺。其中，手工经验磨抛方式耗时长、良品率低，数控机床变更工艺时间长、费用高、占地面积大，均难以满足我国当前航发叶片的加工需求。为满足当前航发叶片的加工质量与生产效率，本文以航空发动机精铸叶片为研究对象，构建集三维测量设备于一体的机器人砂带磨抛加工系统。针对基于三维测量的精铸叶片加工余量分配、柔性砂带磨抛加工控制等关键技术展开深入的研究，主要研究工作如下：　　1.根据当前精铸叶片的结构特点与柔性砂带磨抛加工工艺要求，拟定磨抛加工工艺方案，确定基于三维测量的精铸叶片机器人砂带磨抛系统总体方案及上位机与工业机器人控制系统、在线测量系统之间的通讯集成方案，建立集三维测量设备于一体的机器人砂带磨抛加工系统。　　2.规划一种能够适应于精铸叶片型面特征的机器人磨抛加工路径。通过比较当前常用的刀具轨迹规划方法，结合精铸叶片的型面特征，对叶片型面轮廓参数线进行有目的的规划，确定砂带磨抛加工刀具轨迹规划方法以自动确定叶片型面轮廓划分及最佳的接触轮尺寸子集。　　3.通过三坐标测量机获取精铸叶片实测模型数据，实现精铸叶片实测模型的逆向重构。与此同时对理论模型进行相应的预处理，计算得到刀触点坐标。并以均匀磨抛加工余量为目标，计算实测模型坐标系位置偏离，建立余量分布模型。　　4.研究柔性砂带磨抛加工控制方法。基于精铸叶片刀触点处余量分布模型，完成浮动压力磨头设计，并考虑到磨抛加工工艺参数的影响，建立精铸叶片磨抛材料去除模型，根据弹性接触理论，计算得到各刀触点处对应的磨抛压力。　　5.基于Open CASCADE几何造型软件平台，以C++编程语言为工具，开发一套基于三维测量的精铸叶片机器人砂带磨抛系统软件。并在UG8.5软件平台下建立机器人磨抛中心三维几何模型，在VERICUT仿真软件平台下导入机器人离线加工程序以验证其正确性。　　6.以精铸叶片为加工对象，利用机器人磨抛加工系统进行磨抛加工实验，并对比分析磨抛前后效果，验证基于三维测量的精铸叶片机器人砂带磨抛系统的可行性和可靠性。

目录

声明

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机器人砂带磨抛技术国内外研究现状及发展前景

1.4研究内容

1.5研究方法与技术路线

第二章 精铸叶片机器人砂带磨抛系统总体方案

2.1精铸叶片砂带磨抛工艺研究

2.2机器人砂带磨抛系统总体方案

2.3机器人砂带磨抛中心系统通讯集成设计

2.4本章小结

第三章 叶片机器人砂带磨抛路径规划方法

3.1 引言

3.2 刀具轨迹规划方法

3.3 叶片型面轮廓划分方法

3.4 叶片型面轮廓参数线规划

3.5 本章小结

第四章 基于加工余量的柔性砂带磨抛技术

4.1 引言

4.2 柔性砂带磨抛加工技术

4.3 叶片模型重构

4.4 叶片加工余量的提取

4.5 柔性砂带磨抛控制方法

4.6 本章小结

第五章 机器人仿真运动验证与加工实验

5.1 仿真软件介绍

5.2机器人砂带磨抛系统仿真验证

5.3机器人实际磨抛加工实验

5.4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