透平膨胀机叶轮正逆向建模与五轴数控加工技术研究

论文摘要

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。

论文目录

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