叶片型面数控砂带磨削技术基础及应用的研究

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1、I—i学生姓名：指导教师：专业：学科门类：黄智王时龙教授黄云教授更五致仗机械电子工程工学重庆大学机械工程学院二O—O年九月StudyonBasicAppliedTechnologyofCNCAbrasiveBeltGrindingBladeProfile⑧AThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofDoctorofEngineeringByZhiHuangSupervisedbyProf．ShilongWangProf．YunHuangMajor：Mec

2、hatronicEngineeringCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing，ChinaSeptember2010中文摘要摘要叶片是汽轮机、航空发动机、船舶螺旋桨等能源动力装置的重大关键零件，对整机工作性能具有决定性的作用，叶片型面制造效率、加工精度和表面粗糙度对整个能源转换装置的性能和效率都有着至关重要的影响。由于国外对叶片先进制造技术的封锁，加之叶片结构形式与材料本身的难加工性，使得我国的叶片制造企业普遍还采用传统落后的手工磨抛进行叶片的精整方式，已远不能满足国民经济发展对上述动力能源装置日益增

3、长的需求，严重制约了电力设备制造业及国防装备整体水平的提升。本文从这种现状出发，提出了利用砂带磨削的“万能”和“冷态”特性并集成先进数控技术实现对汽轮机叶片型面精密加工的研究思路及相关方法，通过对叶片材料磨削机理及工艺基础的探索，深入研究了叶片六轴联动砂带磨削机床系统研制过程中的关键技术，并利用设计的样机开展了叶片型面砂带磨削的工艺性能的应用试验，对影响加工精度和表面质量的磨床主要性能特点进行科学评估和验证。本文完成的主要研究工作包括：1)阐明了叶片复杂型面砂带磨削加工所涉及的关键基础问题，搭建了叶片难加工材料lCrl2Ni2W1M01V的砂带磨削工艺基础试验平台，并建立了砂带磨削

4、去除材料函数模型，为了验证材料去除函数模型的有效性，开展了砂带磨削去除材料实验，探讨了上述条件下不同磨削工艺参数对材料去除率的影响，利用现代理化测试分析手段，进行了砂带磨损实验，探索了磨削力和磨削温度对表面缺陷的影响，并完成了砂带磨削1Crl2Ni2W1M01V材料表面完整性的综合测试分析研究工作。2)开展了叶片型面数控砂带磨削加工理论研究，提出了一种在曲面零件制造领域内使用轮型工具进行自由曲面六轴联动数控加工新方法，该法以线接触代替球型工具点接触方式，大大提高曲面成形加工效率，并开展了叶片砂带磨削六轴联动数控加工的线性和样条曲线两种插补方法研究，为实现国产高性能PC．Based数

5、控系统开发提供了理论基础，同时还设计了叶片变形模糊自适应磨削控制器，利用模糊算法在线调整PID控制器的参数方法，有效地实现了对叶片变形自适应磨削的控制。3)创新设计了叶片自由曲面六轴联动砂带磨床的结构，通过数字化设计手段完成了床身及X轴组件、Y轴组件、z轴组件、双摆动精密砂带磨头装置等磨床主要构件设计并指导完成了样机建造，开展了叶片砂带磨削数控装备的国产新型七轴六轴联动数控系统开发研究，采用了激光干涉仪开展了多轴联动砂带磨床定位重庆大学博士学位论文精度的测量与补偿研究工作，提出了基于六维空间的多轴数控砂带磨床定位精度测试流程及补偿方法，为保证样机装备加工性能奠定了机电技术基础。4)

6、完成了六联动砂带磨削样机对汽轮机末级大型叶片的磨削工艺性能的试验研究及验证工作，通过对影响叶片型面磨削性能和表面质量的关键因素进行了测试及分析，利用统计学对叶片多轴砂带磨削装备样机性能进行了科学评价，并提出了砂带磨削叶片型面不同部位进行叶片固有频率修调的新方法，为样机进入工厂现场磨削工程应用提供了理论及试验分析研究依据。关键词：叶片型面，砂带磨削，六轴联动，磨削机理，表面性能Ⅱ英文摘要AbstractThebladesarethesignificantkeypartsinmanypowerequipmentfieldssuchillssteamturbine，aircratteng

7、ineandmarinepropellerwhichhavedecisiveeffectonmachineworkingperformance．Becausethebladeprofilemanufacturingefficiencyandmachiningaccuracyandsurfaceroughnesshaveimportantinfluencetotheenergydeviceperformanceandconversionefficiency,andthe