动力学特性约束下叶轮数控加工刀位轨迹规划--《北京交通大学》2014年硕士论文
动力学特性约束下叶轮数控加工刀位轨迹规划
【摘要】：整体叶轮作为复杂曲面类零件的典型代表,在航天、航空、电力、能源及其他诸多工业领域有着广泛的应用。然而,由于复杂的结构和特殊用途等因素,整体叶轮通常需要采用五坐标数控机床进行加工。五轴数控加工中,机床和刀具的运动情况复杂,进给速度、加速度以及切削力变化剧烈,因而整体叶轮的数控加工一直是机械制造业的重点和难点问题。本文针对整体叶轮五轴数控加工过程中刀具和机床运动波动严重甚至超出机床物理限制的问题,提出在动力学特性约束下进行整体叶轮刀位轨迹规划。以半开式整体叶轮为例,进行了动力学特性约束下刀位轨迹规划方法研究,以改善整体叶轮五轴数控加工过程中的动力学特性,提高整体叶轮的加工质量和效率。
本文在深入分析五轴数控加工过程中刀具和机床的运动学和动力学特性的基础上,给出了刀位轨迹规划的两个动力学特性约束条件：①刀具和机床各轴的运动速度及加速度平滑连续；②机床各轴运动速度和加速度峰值不得超过机床最大物理约束值。并且,针对特定结构机床计算了各运动轴所允许的最大速度和加速度。
研究基于非均匀B样条理论的整体叶轮造型方法,在Matlab环境中编写了半开式整体叶轮造型程序,实现叶轮三维模型显示。
分析半开式整体叶轮结构特点,给出了半开式整体叶轮一般加工工艺流程,并在此基础上进行了动力学特性约束下叶轮刀位轨迹规划。在精加工刀位轨迹规划中,重点考虑数控加工过程动力学特性约束条件,生成走刀步长连续和刀轴矢量平滑的刀位数据。
编写特定数控机床和数控系统的五轴后置处理程序,用Vericut进行全面地数控程序仿真,并进行了实际加工实验。实验结果充分验证了文中所提方法及理论的正确性。
【关键词】：
【学位授予单位】：北京交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TG659【目录】：
致谢5-6中文摘要6-7ABSTRACT7-111 绪论11-19 1.1 整体叶轮数控加工技术现状11-13
1.1.1 整体叶轮分类11-12
1.1.2 整体叶轮加工方法12-13 1.2 五轴加工刀位轨迹规划现状13-16 1.3 选题背景及研究意义16 1.4 本文主要研究内容16-192 五轴数控加工过程动力学分析19-31 2.1 引言19 2.2 五轴联动机床运动学变换19-23
2.2.1 相关坐标系定义19-20
2.2.2 A-C双回转五轴机床运动学变换20-23 2.3 五轴数控加工过程动力学特性分析23-27 2.4 动力学特性约束条件确定27-29 2.5 本章小结29-313 动力学特性约束下刀位轨迹规划31-69 3.1 引言31 3.2 半开式整体叶轮造型31-37
3.2.1 B样条曲线曲面定义32-35
3.2.2 叶轮造型实现35-37 3.3 整体叶轮一般加工工艺流程37-38 3.4 叶片精加工刀位轨迹规划38-54
3.4.1 叶片清根刀具轨迹计算38-42
3.4.2 叶片加工刀具轨迹生成42-47
3.4.3 叶片加工刀轴矢量生成47-52
3.4.4 叶片加工过程运动特性分析52-54 3.5 流道精加工刀位轨迹规划54-62
3.5.1 长叶片流道刀具轨迹规划54-57
3.5.2 短叶片流道刀具轨迹规划57-61
3.5.3 流道加工过程运动特性分析61-62 3.6 叶轮粗加工刀位轨迹规划62-68
3.6.1 分层粗加工轨迹驱动面生成63-64
3.6.2 粗加工轨迹边界确定64-65
3.6.3 平底刀端铣刀位轨迹生成65-68 3.7 本章小结68-694 数控程序仿真与加工实验69-83 4.1 引言69 4.2 数控程序生成69-73
4.2.1 进给速度规划69-72
4.2.2 后置处理72-73 4.3 数控加工仿真73-79
4.3.1 仿真准备74-78
4.3.2 仿真结果78-79 4.4 数控加工实验79-81
4.4.1 叶轮毛坯车削79-80
4.4.2 叶轮加工实验80-81 4.5 实验结果分析81-82 4.6 本章小结82-835 总结与展望83-85 5.1 总结83 5.2 展望83-85参考文献85-89作者简历89-93学位论文数据集93
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