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基于车铣复合机床的叶片加工关键技术的研究

作　者: 田中梓
导　师: 王宛山
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 叶片参数化设计工艺分析铣削力仿真三维颤振
分类号: V263.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

叶片是航空发动机最为核心的零件,其加工制造是发动机制造的重点和难点之一,常常被誉为“心脏中的心脏”。高速车铣加工是近年来适应产品的复杂化和生产的高效率要求而发展很快的先进切削技术,非常适合于航空难加工材料的切削。但是,目前由于国外对航空难加工材料的高速车铣加工技术封锁,我国研究人员缺乏可参考的技术资料,极大地制约了高速车铣加工技术的研究。本文针对航空难加工材料的加工现状,根据高速车铣加工技术原理,建立车铣加工叶片铣削力预测模型从而准确预测铣削力,并分析了铣削力对加工过程的影响及如何避免颤振等问题。为高速车铣加工叶片及其他复杂曲面零件提供理论指导。本文的主要研究内容如下：(1)针对叶片的三维造型方法进行了研究,根据五次多项式法求叶片截面型线的原理,基于matlab软件生成了叶片截面型线,最后通过UG软件生成了叶片的3D模型。通过对这一部分的研究可以看出,五次多项式法结合本文提供的叶片型线生成界面构造叶片型线具有方便、快捷、准确等优点。(2)对叶片型面的车铣加工工艺做了分析及优化,针对以往传统加工方法的不足,说明了车铣加工的优势。基于UGCAM软件对车铣加工叶片型面进行了数控加工仿真,最后通过UG软件生成了叶片型面刀路轨迹。(3)通过对球头铣刀几何模型的分析,结合叶片加工过程中刀具与工件的投影关系,以UGCAM导轨路径生成原理为基础,采用将球头铣刀切削刃先微分在积分的数学方法,建立了基于车铣机床的叶片加工过程中球头铣刀铣削力模型,利用这个数学模型可以预测加工过程中的铣削力,为实际加工提供指导。(4)根据所得到的切削力预测模型,取了三个特殊点进行了加工过程中的叶片及刀具的应力分析,证明了所选刀具在切削力作用下不会产生折断或崩刃；研究了刀具在切削力作用下变形对加工的影响及其补偿机制；最后研究了叶片加工过程中的三维颤振情况及避免颤振的办法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 选题依据和背景情况  11-12
  1.2 叶片制造技术现状研究  12-16
    1.2.1 叶片的锻造  13-14
    1.2.2 叶片的精密铸造  14
    1.2.3 叶片机械加工  14-15
    1.2.4 叶片特种加工技术  15-16
  1.3 车铣加工技术现状研究  16-20
    1.3.1 车铣加工的特点  16
    1.3.2 国外车铣加工技术发展现状  16-18
    1.3.3 国内车铣加工技术发展现状  18-20
  1.4 本文主要内容及结构框架  20-21
  1.5 本章小结  21-23
第2章叶片的参数化设计  23-35
  2.1 叶型、叶栅的主要几何参数介绍  23-24
  2.2 采用5次多项式法构造叶片型线  24-28
    2.2.1 五次多项式叶片型线造型法原理  24-26
    2.2.2 所需特征点坐标及一、二阶导数的确定方法  26-28
  2.3 基于MATLAB的叶型参数化设计  28-31
  2.4 叶片三维模型建立  31-33
  2.5 本章小结  33-35
第3章叶片型面加工工艺分析及刀具路径规划  35-51
  3.1 加工叶身型面的传统方法的优缺点分析  35-36
    3.1.1 成型铣削加工法  35-36
    3.1.2 仿形切削加工法  36
  3.2 车铣复合机床运动学分析  36-38
    3.2.1 WFL—M35车铣复合机床结构特点分析  36-37
    3.2.2 叶片加工运动原理分析  37-38
  3.3 叶身型面加工的工艺分析  38-40
    3.3.1 毛坯的选择  38-39
    3.3.2 叶片加工工序分析  39-40
  3.4 刀具及刀具材料的选择  40-41
    3.4.1 刀具的选择  40
    3.4.2 刀具材料的选择  40-41
  3.5 叶片加工刀位轨迹仿真  41-50
    3.5.1 UGCAM概述  41-43
    3.5.2 加工方法的选择  43-45
    3.5.3 驱动方法的选择  45-46
    3.5.4 投影矢量及刀轴设置  46-47
    3.5.5 刀路轨迹的生成及仿真  47-48
    3.5.6 后处理  48-50
      3.5.6.1 UG/Post概述  48
      3.5.6.2 WFL-M35机床后处理主要内容  48-50
  3.7 本章小结  50-51
第4章叶片加工铣削力预测  51-69
  4.1 球头铣刀空间几何分析  51-54
  4.2 球头铣刀铣削力模型的建立  54-56
  4.3 切削厚度及切削宽度分析  56-63
  4.4 切出角的确定  63
  4.5 基于MATLAB的球头铣刀铣削力仿真  63-67
    4.5.1 铣削力仿真流程图  64
    4.5.2 铣削力仿真结果及分析  64-67
  4.6 本章小结  67-69
第5章加工误差及三维颤振分析  69-81
  5.1 刀具变形引起的加工误差分析  69-72
    5.1.1 刀具变形引起的加工误差计算  69-71
    5.1.2 刀具变形对加工造成误差的补偿分析  71-72
  5.2 叶片加工三维颤振分析  72-80
    5.2.1 三维颤振机理分析  72
    5.2.2 球头铣刀颤振分析  72-80
      5.2.2.1 动态切削厚度计算  72-74
      5.2.2.2 稳定性问题公式推导  74-76
      5.2.2.3 极限切削深度的计算  76-78
      5.2.2.4 临界转速的求解  78-79
      5.2.2.5 稳定性叶瓣图绘制  79-80
  5.3 本章小结  80-81
第6章结论与建议  81-83
  6.1 结论  81-82
  6.2 建议  82-83
参考文献  83-89
致谢  89

基于车铣复合机床的叶片加工关键技术的研究

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