航空整体叶轮五轴数控加工仿真及参数优化研究

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1、硕士学位论文航空整体叶轮五轴数控加工仿真及参数优化研究ResearchonFive-axisNCSimulationandProcessingparametersOptimizationforAviationIntegralImpeller作者姓名：卢辉导师（职称）：蔡玉俊教授李国和副教授学科（专业）：机械工程提交论文日期：2016年3月分类号：TH164学校代码：10066密级：学号：03M080613030航空整体叶轮五轴数控加工仿真及参数优化研究ResearchonFive-axisNCSimulationandProcessingpa

2、rametersOptimizationforAviationIntegralImpeller作者姓名：卢辉导师（职称）：蔡玉俊教授李国和副教授一级学科：机械工程学科（专业）：机械工程年级：2013级提交论文日期：2016年3月学位授予单位：天津职业技术师范大学i独创性声明声明：本人所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津职业技术师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献

3、均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津职业技术师范大学有关保留、使用学位论文的规定，特授权天津职业技术师范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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，允许论文被查阅和借阅。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书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日ii摘要航空整体叶轮的加工手段、加工精度和加工表面质量直接影响叶轮的工作性

4、能，对发动机性能有决定性的影响。作为一种典型的通道类复杂高精度零件，其叶片间流道间距较小，叶片扭曲度大，其几何结构复杂对加工造成很大困难，主要采用五轴数控机床进行加工。虽然目前进行了针对航空整体叶轮较多的加工仿真及参数优化研究工作，但仍存在如下问题：(1)在参数优化研究方面，未考虑机床稳定性问题，在机床稳定的前提下开展加工参数优化研究，才能同时保证五轴加工的效率和质量。(2)由于叶片扭曲大，通常CAM软件生成的数控程序只考虑刀具与工件的干涉，未考虑机床主轴与夹具、工作台的碰撞，不能完全确保刀具轨迹的正确性和机床的安全性，因而需要考虑具体工艺系

5、统，进行更全面的几何仿真研究。针对以上问题，本文的主要研究工作如下：1.基于VERICUT的航空整体叶轮加工数控仿真建模。在VERICUT环境下建立虚拟的数控机床实体、控制系统、刀库、坐标系统等，创建数控仿真环境，实现针对具体工艺系统的几何仿真，有效避免机床主轴、刀具与工作台、夹具之间碰撞。2.提出基于齐次变换的航空整体叶轮数控程序后处理算法。首先针对海德汉iTNC530数控系统的倾斜加工面功能，通过对CLSF刀位轨迹进行齐次变换运算，提出了机床运动坐标的数控程序后处理算法。使用UGNX8.5/PostBuilder编写后处理文件，通过NC代

6、码分析、VERICUT仿真验证后处理方法的正确性。3.基于Cutpro9.0的工艺系统颤振稳定域获取。首先采用力传感器和加速度传感器，通过锤击实验来获取机床-刀具和机床-工件的频响函数。然后采用Cutpro9.0的动力学仿真功能，在给定的径向切削深度（切宽）条件下，进行颤振稳定域仿真，获得表征主轴转速和轴向切深关系稳定域叶瓣图。4.基于几何仿真和动力学仿真的切削参数优化。在工艺系统颤振稳定域仿真的基础上，以切削时间为优化目标，切削深度、主轴转速、每齿进给量为实验因素，设计三因素四水平的正交试验，通过几何仿真获得切削时间。根据极差分析和方差分析

7、，得出三组较短切削时间的加工参数。对初步优化得到的三组切削参数进一步进行动力学仿真，根据仿真结果确定最优工艺参数。关键词:航空整体叶轮,几何仿真,动力学仿真,参数优化,正交试验iiiAbstractTheprocessingmethods,machiningprecisionandsurfacequalityoftheaviationintegralimpellerhavethedirectinfluenceoftheimpellerperformance.Thesefactorshaveadecisiveimpactontheperform

8、anceoftheengine.Asatypicalcomplexhigh-precisionparts,impeller'sbladechannelspacing