变倾角变导程螺旋槽的数学建模和加工方法

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1、大连理工大学硕士学位论文变倾角变导程螺旋槽的数学建模和加工方法姓名：唐淳申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：王永青20061201大迕理一r人学硕士学位论文摘要变倾角变导程螺旋槽是航天液体火箭发动机喷管外表面上的一种新型冷却通道，该型喷管主要用来调整火箭的姿态。对该型喷管变倾角变导程螺旋槽的加工是航天制造领域的一项技术难题。本文针对这一技术难题，完成了变倾角变导程螺旋槽的数学建模、加工方法、数据处理和动态仿真等一系列从理论到仿真试验的研究。本文应用运动学理论，研究了任意回转体外表面上的变倾角变导程螺旋线的通用模型。提出了将螺旋角和导程设计为半径的函数，并建立了圆柱型轮廓、圆锥

2、型轮廓、鼓型轮廓、细腰型轮廓、一元多项式型轮廓的回转体外表面上螺旋槽的数学模型。针对具体的设计要求，基于螺旋槽加工的运动合成原理，研究了变倾角变导程螺旋槽的五轴联动棒铣刀加工方法；为了克服螺旋槽加工轨迹复杂、刀具路径计算困难等问题，选择了数控加工的cAD／CAM自动编程方法及具有强大曲面建模和加工仿真功能的CAD／CAM集成系统软件Pro／Engineer。变倾角变导程螺旋槽的数学模型是复杂的曲线积分方程，Pro／Engineer无法直接对其进行三维建模，需转换成Pro／Engineer可以处理的方式，研究了辛普森插值算法，对螺旋槽进行了数据处理，并用Matlab编程实现了数据处理过程

3、。变倾角变导程螺旋槽CAD模型复杂，针对莱一典型工件，研究了螺旋槽的三维曲面造型技术，解决了螺旋槽的CAD建模问题：在螺旋槽仿真加工过程中，为了提高加工精度和加工效率，研究了铣削加工方法和刀具路径规划方法，并进行了仿真试验，解决了最优刀具路径的生成问题：自动生成的刀位文件经过后置处理，转换成可用于实际加工的数控代码，解决了螺旋槽的数控程序编制问题。关键词：火箭发动机制造；五轴联动；数据处理；Pro／Engineer数控加工变倾角变导程螺旋槽的数学建模和加工方法Mathematicmodelingandmachiningmethodofchangedangleandvariablepit

4、chspiralgrooveAbstractChangedangleandvariablepitchspiralgroovewhichisontherocketenginenozzleoutsidesurfaceisanewkindofcoolingchannel．Thetypeofnozzleisusedtoadjustrocket’Spose．Itisaverydifficultprobleminaerospacemanufacturingtomachiningit．Inordertoresolvethepuzzle，thisthesisconcentratesontheresea

5、rchofitsmathematicmodeling，machiningmethod，damprocessing，dynamicsimulating．Withthetheoryofkinematics，theuniversalmodelofchangedangleandvariablepitchspiralgrooveonanyturningsurfaceisresearched．thetheorythatspiralangleandpitcharethefunctionofnozzlesectionradiusisestablishedandthemathematicmodelsof

6、spiralgroovewhichgeneratricesarelinear,arc，multinomialarebuilt．Accordingtopeculiarityofspiralgrooveandwiththeprincipleofmotionsynthesisofspiralgroovemachining，astickcurermillingmethodwhichfiveaxescansimultaneouslyinterpolateisresearchedanddeveloped．CAD／CAMautomaticprogrammingandPro／Engineersoftw

7、arewhichhaspowerfulsolidmodelingandmachiningsimulatingfunctionarechosenbecauseofcomplicatedmachiningtrackandtoolpathofspiralgroove．ThemathematicmodelofchangedangleandvariablepitchspiralgrooveissuchcomplicatedCUlWeintegralequ