轴流叶片四坐标数控加工研究

论文摘要

随着CAD/CAM技术的发展以及产品性能上的要求,产品的几何形状越来越复杂,精度的要求越来越高,传统的三轴加工已经无法生产出符合设计要求的叶轮叶片,需要使用多轴数控机床。在实际生产中,由于五坐标机床价格昂贵,成本较高,采用四坐标机床加工轴流叶轮具有高效、经济等优势。本文对轴流叶轮叶片的几何造型与数控加工技术进行了系统、深入的分析与研究,主要的研究工作为叶片曲面的非均匀B样条方法造型,四坐标数控加工刀具轨迹生成,四坐标数控加工刀轴矢量的干涉分析与修正。主要研究内容如下:1.对非均匀B样条曲线曲面相关算法进行了研究,并在Matlab7.0环境下实现了非均匀B样条曲线曲面的正算、反算、导矢等算法。生成了轴流叶轮叶片曲面的三维造型。2.在对自由曲面数控加工刀具轨迹的生成方法进行分析的基础上,本文采用等参数线法,计算出走刀行距。采用一种基于等误差步长方法生成叶片曲面数控加工刀具轨迹,完成了叶片数控加工刀具轨迹计算。采用这种方法加工曲面,曲面上所形成的刀痕较为整齐,有效的减少了刀具轨迹间的波动。在刀具轨迹线上满足精度并实现较少的走刀次数,大大提高了加工效率。3.使用基于最小距离法和投影法两种方法进行刀轴矢量的干涉检查与修正。根据生成的刀位点以及该点的切矢、法矢,生成数控加工的刀轴矢量。将获得的刀轴矢量相对待加工叶片与相邻叶片曲面的等距面进行分析与修正,获得无干涉的刀轴矢量。对多坐标数控加工后置处理的特点进行了分析,结合四坐标数控机床的结构特点研究了四坐标数控机床的后置处理算法。4.通过后置处理算法生成的数控加工程序,在四坐标数控机床上完成试验加工,验证了相关算法的正确性。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 叶轮数控加工技术的发展现状
• 1.2 多坐标数控加工与数控编程概述
• 1.2.1 多坐标数控加工理论概述
• 1.2.2 多坐标数控加工程序的编制步骤
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 论文的主要研究工作
• 1.5 本章小结
• 2 叶片的造型与实现
• 2.1 叶片曲面造型的数学基础
• 2.1.1 B样条的递推定义及其性质
• 2.1.2 非均匀 B样条曲线的正算与反算
• 2.1.3 非均匀 B样条曲面的正算与反算
• 2.1.4 非均匀 B样条曲线曲面导矢的计算
• 2.1.5 自由曲面等距面的生成
• 2.2 叶片曲面造型的实现
• 2.2.1 编程语言简介
• 2.2.2 叶片造型的实现
• 2.3 本章小结
• 3 叶片曲面数控加工刀具轨迹计算
• 3.1 数控加工刀具轨迹规划的发展概况
• 3.2 多坐标数控加工基本原理
• 3.2.1 基本概念
• 3.2.2 多坐标数控加工的刀轴控制方式
• 3.2.3 多坐标数控加工的成形方式
• 3.3 多坐标数控加工刀具轨迹计算方法
• 3.4 刀具轨迹的计算
• 3.4.1 球形刀加工原理
• 3.4.2 走刀行距的计算
• 3.4.3 走刀步长的计算
• 3.5 本章小结
• 4 叶片曲面数控加工刀轴矢量计算与干涉分析
• 4.1 四坐标数控加工刀轴矢量的计算
• 4.2 四坐标数控加工刀轴矢量的干涉分析
• 4.2.1 常用的干涉修正方法
• 4.2.2 基于追踪法的干涉检验与修正方法
• 4.2.3 基于旋转投影法的干涉检验与修正方法
• 4.3 本章小节
• 5 轴流叶片曲面数控加工后置处理
• 5.1 数控机床的坐标轴及其运动方向
• 5.2 数控加工后置处理过程
• 5.3 四坐标数控机床后置处理算法
• 5.4 本章小结
• 6 轴流叶轮叶片四坐标数控加工实验
• 6.1 毛坯的确定
• 6.2 叶片数控加工刀具轨迹计算
• 6.3 叶片数控加工
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 学位论文数据集