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水轮机转轮三维造型与数控加工研究

作　者: 吴宝新
导　师: 黄微；潘长毅
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 机械工程
关键词: 三维曲面造型 刀位规划 数控加工 计算机自动编程 刀轨仿真 后置处理
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


大型水轮机发电在现代能源工业中占有极其重要地位。水轮机三大关键部件为叶片、上冠和下环。上冠和下环均为简单的回转体结构,而叶片的结构比较复杂,叶片本身的加工也比较困难,其加工质量的好坏对水轮机工作性能影响重大。本文分析了水轮机工作原理、水轮机分类、水轮机气蚀现象等内容,并分析了基于最小二乘法的非均匀有理B样条曲线曲面延展法三维造型技术。本文从水轮机的建模和数控加工两方面着手,结合作者多年的工作经验,分析了具有复杂流道的三维水轮机转轮体的几何设计以及五坐标数控加工五个主要步骤的主要特点、基本原理、采取的主要方法和实现途径。本文以三维水轮机五轴机床数控加工的刀位规划、刀位计算等为核心内容,结合数控加工过程中的外延部分,对水轮机的五轴数控加工进行了全面分析和研究。通过对三维水轮机曲面特征分析,生成了五坐标线接触法粗加工与精加工的刀具运动轨迹。结果表明对于三维水轮机的侧铣加工,在规划刀具路径时,可根据中性面上的盖盘曲线、轴盘曲线和相应点处叶片厚度构造叶片曲面,进而生成刀具轴迹面,刀具沿轴迹面的运动则包络出叶片曲面。本文结合CAD/CAM大型通用软件UGNX,以实例较详细的分析了水轮机主要组成部件:上冠、下冠和叶片的造型、加工刀具轨迹的生成、仿真、后处理、程序校验及五轴联动计算机自动编程。为了能够准确、正常的完成叶片的加工,在叶片的刚度、定位和夹紧等工艺方面也进行认真的分析和研究。并应用先进的数控加工自动编程技术完成了某单位大型水轮机组成部件的加工。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-12
  1.1 水轮机的简介  8
  1.2 课题背景  8-9
  1.3 水电站设备制造的发展  9-10
  1.4 水电站设备的生产简介  10-11
  1.5 本章小结  11-12
第2章 水轮机叶片建模与三维曲面造型  12-24
  2.1 水轮机工作原理  12-20
    2.1.1 水流在反击式水轮机转轮中的运动  12-13
    2.1.2 水轮机工作的基本方程式  13-14
    2.1.3 水轮机的效率及最优工况  14-15
    2.1.4 尾水管的工作原理  15-16
    2.1.5 水轮机的汽蚀  16-17
    2.1.6 水轮机的汽蚀系数、吸出高和安装高程  17-19
    2.1.7 水轮机的工作原理  19-20
  2.2 基于最小二乘法的非均匀有理B样条曲线曲面延展法三维造型  20-23
    2.2.1 最小二乘法拟合原理  21-22
    2.2.2 叶片边界的确定  22
    2.2.3 数值计算及结果分析  22
    2.2.4 水轮机叶片的三维几何建模  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章 复杂曲面叶片多坐标数控加工  24-41
  3.1 复杂曲面叶片数控加工关键技术  24-25
    3.1.1 叶片多坐标数控加工刀具轨迹生成方法  24
    3.1.2 刀位干涉  24-25
    3.1.3 数控仿真技术  25
  3.2 叶片自由曲面的数控加工工艺  25-28
    3.2.1 五坐标数控机床类型与工艺分析  26
    3.2.2 数控加工刀具类型及其工艺特点  26-27
    3.2.3 叶片类自由曲面零件的五轴数控加工工艺特点  27-28
    3.2.4 叶片复杂曲面粗加工及精加工  28
  3.3 五坐标侧铣数控加工刀位计算方法  28-30
    3.3.1 曲面加工刀具轨迹计算过程  28
    3.3.2 五坐标侧铣数控加工刀位计算基本原理  28-30
  3.4 二阶密切法基本原理  30-33
  3.5 叶片五坐标数控加工  33-40
    3.5.1 叶片加工难点  33
    3.5.2 三维叶片侧铣数控加工路径规划  33-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章 水轮机叶片数控加工计算机编程  41-48
  4.1 叶片的三维造形  41-42
  4.2 叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成  42
  4.3 叶片五轴联动数控加工刀轨的仿真  42-43
  4.4 叶片刀位轨迹的后置处理  43-44
  4.5 数控加工程序验证  44-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章 水轮机主要零件数控加工实例  48-54
  5.1 上冠、下环加工制造  48-52
  5.2 叶片的加工制造  52-53
  5.3 本章小结  53-54
第6章 结论  54-55
参考文献  55-56
附录  56-68
致谢  68-69
攻读学位期间发表的学术论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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