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涡轮分子泵整体转子的CAD/CAM研究

作　者: 齐鹏
导　师: 王晓冬
学　校: 东北大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 涡轮分子泵整体转子 CAD/CAM 刀位轨迹五轴联动数控加工仿真
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

涡轮分子泵是一种高速旋转的精密动量传输式真空泵,涡轮转子是涡轮分子泵的心脏,是决定整机抽气性能的关键部件之一。涡轮转子叶片制造质量及其型面的准确性对整机的安全、可靠、经济运行有着巨大的影响。涡轮转子在结构上主要体现在叶轮个数较多,分布比较密集,因而在涡轮转子的设计和加工上,技术要求十分高。长期以来,传统的涡轮转子都是先加工单级转子叶轮,然后将各级转子叶轮组装起来后实现的,这样的转子动平衡量大,拆卸后需要重新进行动平衡。近年来,分子泵制造业一直探索采用五轴联动数控加工技术加工整体转子。在叶片数控加工时,若采用试加工来验证和修改加工程序,会致使加工效率较低、成本较高。而数字化加工仿真技术可以在计算机上模拟出机床运动和零件切削的全过程,是解决这类问题的最有效手段。本文从涡轮分子泵抽气原理和结构特点出发,结合优化设计方法,优化组合叶片的几何参数,然后基于UG CAD系统建立整体结构的涡轮转子几何模型。在分析了整体转子的结构后,从五轴数控加工流程入手,主要研究了单级叶轮五轴数控加工的刀位轨迹、双转台五轴机床后置处理以及误差分析与补偿等技术内容。通过对这些技术的链接和研究,探索了在UG CAM系统上,实现对涡轮分子泵整体转子的数控加工的切削仿真和机床运动仿真。涡轮转子叶片的五轴联动数控加工仿真是叶片五轴联动数控加工过程在虚拟环境中的映射,能够在真实制造之前,在虚拟环境中对叶片进行数控加工。通过加工仿真,以检查数控程序的正确性、合理性,避免加工设备与叶片和夹具等的干涉,是保证叶片加工过程中工艺系统的安全、优化加工方案、有效保证加工叶片质量的技术基础。通过叶片加工仿真,可以缩短产品开发周期、降低生产成本、提高产品质量和生产效率,对提高我国分子泵制造水平具有重要意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究背景及意义  11
  1.2 文献综述  11-18
    1.2.1 涡轮分子泵的研究现状  11-13
    1.2.2 整体转子加工方法概述  13-16
    1.2.3 数控加工仿真的发展状况  16-18
  1.3 课题主要内容  18-21
第2章涡轮分子泵抽气原理与结构特点  21-37
  2.1 真空泵概述  21
  2.2 涡轮分子泵的抽气原理  21-30
    2.2.1 涡轮分子泵单级叶列抽气特性  21-24
    2.2.2 涡轮分子泵多级叶列抽气特性  24-29
    2.2.3 涡轮分子泵抽速和压缩比的确定  29-30
  2.3 涡轮分子泵的结构特点  30-31
  2.4 整体转子的优点  31
  2.5 整体转子几何参数的优化设计  31-35
    2.5.1 建立优化设计的数学模型  31-33
    2.5.2 优化设计方法  33-35
  2.6 本章小结  35-37
第3章基于UG的分子泵整体转子几何建模  37-47
  3.1 整体转子的几何建模技术  37
  3.2 UG NX简介  37-40
    3.2.1 UG NX的主要技术特点  37-39
    3.2.2 UG NX的主要应用模块  39-40
  3.3 整体转子几何建模的总体思路  40
  3.4 FF-160/600型复合分子泵涡轮转子优化设计结果  40-42
  3.5 整体转子的建模过程  42-46
    3.5.1 定义建模坐标系  42
    3.5.2 叶片及轮毂的几何建模  42-45
    3.5.3 叶冠的几何建模  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章整体转子五轴数控加工刀轨规划研究  47-65
  4.1 五轴联动加工相关技术基础  47-55
    4.1.1 引言  47-48
    4.1.2 五轴数控机床的结构形式和应用范围  48-50
    4.1.3 五轴数控加工的典型加工种类  50
    4.1.4 五轴数控加工的刀具选择  50-52
    4.1.5 五轴联动曲面铣数控加工刀位轨迹规划方法研究  52-55
  4.2 涡轮分子泵整体转子的加工工艺分析  55-56
    4.2.1 有关整体转子的制造特点  55
    4.2.2 整体转子各曲面数控加工顺序  55-56
    4.2.3 整体转子各曲面加工方法及加工刀具  56
  4.3 涡轮分子泵整体转子加工刀位轨迹的规划  56-62
    4.3.1 流道粗加工刀位轨迹的规划  57
    4.3.2 叶片曲面精加工刀位轨迹的规划  57-60
    4.3.3 轮毂曲面精加工刀位轨迹的规划  60-62
  4.4 涡轮分子泵整体转子加工误差分析与补偿  62-64
    4.4.1 整体转子加工产生的误差  62
    4.4.2 非线性误差产生原因分析与控制  62-64
    4.4.3 让刀误差分析与控制  64
  4.5 本章小结  64-65
第5章整体转子的加工综合仿真和后置处理  65-79
  5.1 UG CAM概述  65-68
    5.1.1 UG CAM的功能和特点  65-66
    5.1.2 UG CAM的数控加工流程  66-67
    5.1.3 UG CAM特有的加工综合仿真  67-68
  5.2 涡轮分子泵整体转子的加工仿真过程  68-73
    5.2.1 叶片加工的可视化刀轨仿真  68-69
    5.2.2 叶片加工的综合仿真与检查  69-73
  5.3 叶片加工的后置处理及代码生成  73-78
    5.3.1 后置处理的过程  73-74
    5.3.2 双转台五轴联动数控机床后置处理算法  74-76
    5.3.3 叶片加工刀位轨迹后置处理的实现  76-78
  5.4 本章小结  78-79
第6章结论和展望  79-81
  6.1 结论  79
  6.2 展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85

涡轮分子泵整体转子的CAD/CAM研究

内容摘要

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