叶片型面数控加工误差分析与修正方法研究

论文摘要

在航空航天工业等行业中,对于叶片零件,数控切削加工是一种被广泛采用的机械加工方法。然而,在实际加工过程中,容易产生由刀具变形引起的加工误差,影响了叶片的加工精度及表面质量。随着制造技术的发展,对叶片的精度要求也越来越高。因而,针对叶片在切削过程中的误差进行预测及主动补偿技术的研究,对提高叶片加工质量和加工效率具有重要意义。本文研究了叶片型面精加工切削过程中刀具变形对加工精度的影响,计算出刀具的变形,根据计算的加工变形采用有效的误差补偿,从而使叶片的加工精度得到提高。主要工作如下：1.利用CAD/CAM软件对叶片型面进行了造型,规划了数控加工路线。2.分析计算了叶片型面精加工切削过程中的铣削力、刀具变形以及表面加工误差。首先建立了基于微分原理的球头立铣刀的切削力计算模型,然后应用解析几何原理,得到了整体式球头立铣刀刃线几何方程。在计算铣削力的过程中,提出了一种针对叶片型面精加工的加工区域判定方法以及参与切削的切削微元的判断算法。利用悬臂梁理论对刀具受力变形进行了分析,最后建立了表面加工误差的计算模型。3.研究了改变走刀路径减小加工误差的主动补偿方法,给出了详细的补偿步骤,即根据刀位轨迹上刀位点的误差量确定补偿量,根据补偿量修改原数控加工程序,代替原先程序进行加工,从而达到变形主动补偿的目的。在此基础上,运用MATLAB编程技术,开发了误差主动补偿软件,该软件能针对不同加工参数进行计算分析,根据补偿值修改NC程序。4.进行了叶片加工实验验证。分别用原NC代码及补偿后的NC代码进行叶片型面的精加工,接着用三坐标测量机进行加工表面点数据的采集。最后用IMAGEWARE软件进行了表面差异的分析,获得了误差色图及误差数据,验证了本文所提方法及工作的正确性。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 叶片加工技术的发展
• 1.1.1 叶片加工技术的历史发展
• 1.1.2 叶片型面数控加工简介
• 1.1.3 典型数控加工软件
• 1.1.4 叶片加工技术现状
• 1.2 本文研究内容与研究意义
• 1.3 论文研究内容与章节安排
• 第二章 叶片型面造型与数控编程加工
• 2.1 叶片几何造型
• 2.2 叶片型面加工路线规划
• 2.3 刀具轨迹仿真
• 2.4 数控加工程序生成
• 2.5 本章小结
• 第三章 叶片型面数控精加工误差分析
• 3.1 叶片型面加工误差来源
• 3.2 球铣刀加工误差建模分析研究现状
• 3.3 球铣刀铣削力计算的建模研究
• 3.3.1 球铣刀切削力建模方法
• 3.3.2 球头立铣刀刃线几何建模
• 3.3.3 铣削力系数的求解
• 3.3.4 铣削力计算流程
• 3.4 叶片型面精加工的铣削力计算
• 3.4.1 瞬时切削区域的确定
• 3.4.2 参与切削的切削微元的判定算法
• 3.4.3 叶片型面精加工铣削力计算流程
• 3.5 刀具变形计算
• 3.6 刀具变形引起的加工误差计算
• 3.7 本章小结
• 第四章 加工误差修正方法实现及软件编写
• 4.1 加工误差补偿策略
• 4.2 刀位轨迹修正补偿方法
• 4.3 刀具变形误差补偿软件开发
• 4.3.1 软件的功能需求
• 4.3.2 开发工具简介
• 4.3.3 总体开发流程
• 4.3.4 软件应用界面
• 4.4 本章小结
• 第五章 加工实验验证
• 5.1 实验条件及设备
• 5.2 叶片型面加工误差评定
• 5.2.1 叶片型面数据测量
• 5.2.2 叶片加工表面的确定
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集