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透平膨胀机叶轮正逆向建模与五轴数控加工技术研究

作　者: 黄益华
导　师: 习俊通；黄志辉
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 透平膨胀机叶轮实物反求建模参数化特征建模五轴数控加工
分类号: TB653
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

产品数字化集成快速开发技术是提高企业产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本的有效手段，因此应用日趋广泛。本文针对某企业透平膨胀机叶轮零件的设计和制造过程的实际需求，研究适用于企业实际的产品数字化集成快速开发流程及其关键技术，并通过具体应用案例，验证了该工作流程的可行性和优越性。首先，本文分析了透平膨胀机叶轮在设计和加工中存在的生产周期长、产品加工质量不稳定等问题，针对叶轮结构的特殊性和复杂性，阐述了能够解决这些问题的相关技术，即基于叶轮实物的反求建模、基于产品需求参数的参数化特征建模、以及计算机辅助制造和五轴数控加工等数字化制造技术。其次，基于逆向工程技术，研究透平叶轮实物的逆向实体建模方法，包括激光扫描仪获取数据点云，点云数据的处理，特征曲线曲面拟合等关键技术环节，并通过逆向建模与UGNX的数据集成，实现了透平叶轮的实体建模。第三，基于UGNX软件，根据透平膨胀机的客户需求参数、热力性能和气动性能指标等进行叶轮零件的结构设计，实现了叶轮产品族的参数化特征建模，包括确定基本参数，建立参数关系，构建参数化特征曲线，创建叶轮实体等过程，为叶轮的数控加工提供了参数化实体主模型。第四，利用UGNX软件自身卓越的集成性，在叶轮产品族参数化实体模型的基础上，进行五轴联动的数控加工，包括确定叶轮数控加工工艺、生成刀具轨迹和刀位文件、模拟刀具加工路径、后置处理生成NC代码，传输数控程序并在五轴加工中心上加工叶轮零件等过程。最后，提出了叶轮产品快速开发的数字化技术集成应用工作流程，基于UGNX软件，通过实际案例，生成了透平膨胀机叶轮产品的零件模板和加工模板，设计人员只要输入用户需求参数，即可在UGNX上得到相应叶轮零件的实体模型，同时快速生成数控加工程序，从而验证了该工作流程的可行性。本文提出的透平膨胀机叶轮数字化集成开发工作流程，以及生成的叶轮零件模板和数控加工模板，对于企业的产品快速开发具有一定的实用性和借鉴价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-29
  1.1 课题背景  11
  1.2. 相关领域技术及其研究现状  11-27
    1.2.1 逆向工程技术及其研究现状  12-16
    1.2.2 产品参数化建模技术及其研究现状  16-20
    1.2.3 五轴数控加工技术及其研究现状  20-27
    1.2.4 本文主要采用的专业软件  27
  1.3 本文的主要内容及章节安排  27-29
第二章透平叶轮实物的反求建模技术研究  29-43
  2.1 叶轮实物的结构特征分析  29-30
  2.2 叶轮实物的三维测量  30-35
    2.2.1 接触式测量  30-31
    2.2.2 非接触式测量  31-34
    2.2.3 本课题采用的测量方法  34-35
  2.3 点云数据的处理  35-37
    2.3.1 多视拼合  35
    2.3.2 数据光顺  35-36
    2.3.3 数据精简  36
    2.3.4 本课题采用的点云数据处理方法  36-37
  2.4 叶片曲面重建  37-40
    2.4.1 曲面特性  37-38
    2.4.2 叶轮曲面在逆向工程软件中的重构  38-39
    2.4.3 叶轮曲面在CAD/CAM 系统中的重构  39-40
  2.5 叶轮CAD 模型重建  40-42
    2.5.1 叶轮叶片的CAD 模型重建  40-41
    2.5.2 叶轮其他结构特征的重建  41-42
  2.6 本章小结  42-43
第三章透平膨胀机叶轮类零件参数化特征建模技术研究  43-56
  3.1 透平膨胀机叶轮的参数分析  43-44
  3.2 透平膨胀机叶轮的特征分析  44-45
  3.3 叶轮参数化特征建模流程  45-47
  3.4 基于UG 软件的叶轮参数化特征建模的实现方法  47-51
    3.4.1 草图  48-49
    3.4.2 关联性  49
    3.4.3 表达式  49-50
    3.4.4 电子表格  50
    3.4.5 用户自定义特征  50
    3.4.6 模型的生成和编辑  50-51
  3.5 基于UG 软件的叶轮参数化特征建模  51-55
    3.5.1 轮毂体  52
    3.5.2 叶片主体段  52
    3.5.3 叶片导流段  52-55
    3.5.4 孔等成型特征  55
  3.6 章节小结  55-56
第四章透平膨胀机叶轮的五轴数控加工技术研究  56-79
  4.1 叶轮数控加工工艺分析  56-60
    4.1.1 叶轮曲面的加工方法  56-57
    4.1.2 整体叶轮加工的刀位规划  57-58
    4.1.3 本课题叶轮几何模型的分析  58-59
    4.1.4 叶轮的加工技术路线  59-60
  4.2 基于UG 软件的五轴数控加工的实现办法  60-64
    4.2.1. UGCAM 的一般数控加工流程  60-61
    4.2.2. UGCAM 的五轴数控加工  61-64
  4.3 透平膨胀机叶轮基于UG 软件的五轴数控加工  64-78
    4.3.1. 前置处理生成叶轮的刀位文件  64-70
    4.3.2 后置处理生成叶轮加工的NC 程序  70-78
    4.3.3 机床加工  78
  4.4 章节小结  78-79
第五章透平膨胀机叶轮产品快速开发的数字化技术集成及应用验证  79-84
  5.1 透平膨胀机叶轮产品快速开发的数字化技术集成  79-81
    5.1.1 叶轮产品快速开发的数字化技术集成框架  79-80
    5.1.2. UG 的主模型技术  80-81
    5.1.3. UG 的加工模板  81
    5.1.4 叶轮零件模板及加工模板的生成  81
  5.2 实例应用  81-83
    5.2.1 叶轮产品族参数化特征模型的参数控制  82-83
    5.2.2 叶轮产品族零件加工轨迹的重新生成  83
  5.3 章节小结  83-84
第六章总结与展望  84-86
  6.1 总结  84
  6.2 展望  84-86
参考文献  86-89
致谢  89-90
攻读硕士学位期间完成的论文  90

透平膨胀机叶轮正逆向建模与五轴数控加工技术研究

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