汽轮机叶片数控砂带磨床关键技术研究

论文摘要

叶片是汽轮机的关键零件之一,汽轮机性能的优劣和效率的高低主要取决于汽轮机叶片型面的设计和加工水平。汽轮机叶片材料多为各种不锈钢,型面为复杂的自由曲面,因此决定了叶片的难加工性。砂带磨削是一种古老而又新兴的加工方法,它具有高效、冷态、弹性磨削等特点。随着数控技术的进步,砂带磨削技术得到了新的发展和运用,砂带磨床可应用于各个行业各种材料的磨削加工,特别是对难加工材料和复杂型面的加工。目前,我国汽轮机叶片型面的最终加工通常是由人工打磨抛光完成,其劳动负荷大,作业环境恶劣,生产效率低下,精度难以保证。国外已成功开发并运用数控砂带磨床进行汽轮机叶片的磨削加工,但该类机床售价十分昂贵,一般国内叶片生产企业难以承受。因此,采用先进的叶片磨削工艺替代现有的手工抛磨,研发一种制造成本低、磨削效率高、磨削精度好的经济实用型叶片数控砂带磨床,是我国汽轮机制造业的迫切要求。本论文根据汽轮机叶片的结构形状、材质特点以及砂带磨削特性,首先,对汽轮机叶片砂带磨削工艺性进行分析研究。在对叶片磨削运动分析的基础上,研究制定了机床结构配置方案,建立了叶片砂带磨削的运动学模型,进行了叶片数控砂带磨床的总体结构设计和专用磨头的设计,并借助有限元分析软件,对所设计的机床关键零部件进行静力学分析和模态分析,对所设计的机床结构力学性能进行了验证。根据机床磨削运动控制功能要求,进行了机床控制系统设计和研究,完成了机床逻辑控制PLC程序的开发,完成了机床控制系统的制备和调试。本论文最终完成汽轮机叶片数控砂带磨床样机研制,并在所研制的样机上对汽轮机叶片进行实际磨削试验,以实际检验机床样机结构的合理性和控制系统的功能,验证叶片砂带磨削能力和效率。磨削试验结果表明,所完成的数控叶片砂带磨床样机基本满足设计要求,达到了预期的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽轮机叶片结构特点分析
• 1.2 汽轮机叶片加工工艺研究现状
• 1.3 本课题研究目的意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题研究的目的和意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 汽轮机叶片砂带磨削工艺性研究
• 2.1 砂带磨削特点及其应用
• 2.1.1 砂带磨削特点
• 2.1.2 砂带磨削应用
• 2.2 汽轮机叶片砂带磨削工艺分析与设计
• 2.2.1 砂带磨削方式的选择
• 2.2.2 砂带与工件接触方式的确定
• 2.2.3 叶片砂带磨削走刀方式分析
• 2.2.4 砂带磨削工艺参数分析
• 2.2.5 砂带及其磨料的选用
• 2.3 本章小结
• 第三章 汽轮机叶片砂带磨床结构设计
• 3.1 汽轮机叶片数控砂带磨床运动学分析
• 3.1.1 叶片砂带磨削运动的确定
• 3.1.2 叶片砂带磨床的结构配置
• 3.1.3 叶片砂带磨削运动模型的建立
• 3.2 砂带磨床总体结构设计
• 3.3 砂带磨头的结构设计
• 3.3.1 磨头整体结构
• 3.3.2 砂带、皮带张紧装置的设计
• 3.3.3 主动轮、接触轮结构的设计
• 3.4 砂带磨头结构的有限元分析
• 3.4.1 有限元分析方法基本原理
• 3.4.2 有限元分析软件ANSYS 简介
• 3.4.3 砂带磨头支架零件的有限元静力分析
• 3.4.4 磨头的模态分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 汽轮机叶片砂带磨床控制系统的开发研究
• 4.1 数控系统的技术发展
• 4.1.1 数控系统发展回顾
• 4.1.2 开放式数控系统
• 4.2 基于PMAC 的开放式叶片砂带磨床数控系统
• 4.2.1 PMAC 功能简介
• 4.2.2 叶片砂带磨床数控系统的功能结构
• 4.2.3 伺服系统和变频器的选用
• 4.3 叶片砂带磨床PLC 软件的开发
• 4.3.1 叶片磨床逻辑控制任务与要求
• 4.3.2 叶片砂带磨床逻辑控制系统的结构组成
• 4.3.3 叶片磨床PLC 软件程序的设计
• 4.4 机床电气控制线路设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 叶片砂带磨床样机试制和切削性能试验
• 5.1 汽轮机叶片数控砂带磨床样机调试
• 5.1.1 系统运动控制变量的设置
• 5.1.2 系统PID 参数的调节
• 5.2 汽轮机叶片砂带磨床样机的磨削试验
• 5.2.1 磨削试验准备
• 5.2.2 磨削试验与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录