整体叶轮铣削加工弹性变形预测及误差补偿的研究

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1、学位论文版权使用授权书卿本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)⋯一虢期缘签字日期：乡口／／年／f月澎日新始锄导师签名：∥。万签字日期：w“年l7月V>日中图分类号：THl61UDC：621．7北京交通大学博士学位论文学校代码：10004密级：公开整体叶轮铣削加工弹性变形预测及误差补偿研究Stud

2、yonPredictionofMachiningElasticDeformationandErrorCompensationforIntegralImpeller作者姓名：黄泽华导师姓名：李建勇学位类别：工学学科专业：机械设计及理论北京交通大学北尿父逋大字2011年11月学号：06116264职称：教授学位级别：博士研究方向：数控,DHI技术致谢在导师李建勇教授的悉心指导和大力帮助下，本文的研究工作得以顺利完成。在博士期间的学习过程中，导师李建勇教授渊博精深的知识、开阔创新的思维、严谨求实的治学态度都使我受益匪浅，对我的关心和爱护使我感恩终生。在此，谨

3、向恩师表达我最衷心的感谢!感谢王小椿教授在选题之初给我的帮助和指导，他以敏锐的学术洞察力、科学严谨的学术作风对我论文选题和研究工作的开展给予了极大帮助。感谢蔡永林副教授在整体叶轮几何造型和刀轨轨迹生成等研究内容上对我的启发和指导，也感谢孙卫青老师一直以来对我的关心和帮助。感谢北京则泰盛业科技发展有限公司的刘丽惠工程师在叶片数据测量实验巾给予我的帮助。感谓}实验室的同窗好友程云建、樊文刚、马丽梅、王丁磊、智少丹、王天洋、聂萌、吴小虎、林立、万海燕、李燕南、姚迪等对本文提出的宝贵意见和建议。和他们共同勉励、互相帮助，使我留下了美好难忘的记忆，也使我们之间结

4、下了深厚的友情。感谢母校、也感谢所有辛勤工作的老师们，在交大近十年的学习和生活经历是我人生中宝贵的财富。感i勇十妻子柳佳对我的支持和鼓励。最后感谢父亲、母亲、岳父、岳母、哥哥和嫂子给予我的支持和帮助。中文摘要摘要：整体叶轮采用一体式结构，不仅可以减少发动机的零件数量，而且在很大程度上提高了发动机的性能，因此在航空、航天领域得到了广泛应用。整体叶轮通常是利用多轴联动数控铣削方法加工成型。由于整体叶轮的叶片多为薄壁结构，所以在数控铣削过程中易受到切削力作用发生弹性变形，进而产生加工误差。薄壁叶片加工误差控制一直以来都是实现整体叶轮精密加工的关键和难点。加工

5、过程物理仿真技术的出现和不断发展为解决上述问题提供了有效手段，但尚有许多研究工作亟待开展。为此，本文围绕提高整体叶轮薄壁叶片加工精度问题，对整体叶轮几何造型实现、无干涉刀位轨迹生成、多轴变工况条件下铣削力预测、自由曲面薄壁叶片弹性变形量计算以及加工误差补偿方法等内容进行了深入研究和探讨。对整体叶轮几何造型实现以及刀位轨迹生成方法进行了研究，为后续研究工作的开展奠定了基础。基于B样条技术给出了曲面延伸、曲面偏置、曲面裁剪、曲面间圆角过渡的实现算法，用于完成整体叶轮的几何造型。在此基础上，进行了半开式整体叶轮数控铣削加工工艺流程设计，给出了粗加工刀具尺寸选

6、择、过切现象避免以及粗加工分层实现等关键问题的解决方法。建立了相邻刀触点间弦高误差计算模型，提出了一种自适应步长法完成了刀位轨迹规划工作，利用直接距离法实现了刀位干涉检查与修正，并针对双转台式五轴数控机床讨论了后置处理算法。对整体叶轮自由曲面薄壁叶片点铣加工过程中铣削力预测方法进行了研究。提出了一种瞬时参与切削刀刃微元的判定算法，用于确定瞬时铣削力模型中积分公式上下限，完成了瞬时铣削力的预测。该判定算法涉及到两个关键问题：一是数控铣削加工过程中刀具扫描体的求解；二是工件曲面Z．map模型的建立与更新。提出了一种五轴数控铣削加工过程中刀具扫描体的求解方法

7、：先根据包络理论在刀位点处推导出包络轮廓线方程，然后再用B样条方法对刀位轨迹上所有刀位点处的包络轮廓线进行曲面拟合，进而获得刀具扫描体曲面。利用直线与自由曲面的求交算法实现了工件曲面和刀具扫描体曲面Z．map模型的建立，将两个Z—map模型进行布尔运算完成了工件曲面Z．map模型的更新。在此基础上，根据自由曲面薄壁叶片点铣加工刀位特点，建立了一个考虑刀具倾角因素的平均铣削力经验公式，设计了多因素正交试验，进而对经验公式中的铣削力系数进行了标定，并对叶片五轴数控铣削加工过程中的铣削力预测结果进行了验证。对整体叶轮自由曲面薄壁叶片点铣加工过程中弹性变形量计

8、算及误差补偿方北京交通大学博士学位论文法进行了研究。考虑了铣削力与弹性变形之间的耦合效应，将切