面向并联机床的复杂曲面零件数控加工的关键技术研究

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1、摘要摘要复杂曲面零件是制造业中常见的零件，如叶片、叶轮和螺旋桨等。它们的数控加工对机床和工艺提出了很高的要求。并联机床是并联机构学、数控技术和计算机控制技术在数控机床领域的创造性应用，它相对于传统串联形式机床具有诸多优点，适合加工复杂曲面零件.本文从应用的角度出发，研究了用并联机床加工汽轮机叶片和船用螺旋桨等复杂曲面零件的数控加工关键技术，包括并联机床的选型、加工工艺方案设计、数控编程技术、数控加工仿真和数控后置处理技术等，并做了加工实验。目的是一方面完善并联机床数控加工的相关理论，推动并联机床的产业化和实用化的发展;另一方面为复杂曲面零件的数控加工提供新的加工设备‘和方案。在并联机床加工工艺

2、方案设计方面，分析了加工复杂曲面零件的并联机床的结构选型和并联机床加工的工艺特点，提出了几种拓展并联机床工作空间的方案;在复杂曲面数控编程技术方面，提出了一种铣削刀具的通用计算模型，并用这个模型进行刀位计算，导出了五坐标曲面加工的通用刀位计算公式。在用并联机床加工汽轮机叶片技术方面，分析了用六轴并联机床加工汽轮机叶片存在的问题，提出用七轴联动并串联加工系统来加工叶片的工艺方案;分别对叶型曲面加工和清根加工的刀位计算方法进行分析，导出了刀位计算的公式，并用UG进行叶片加工编程和加工仿真:在此基础上进行加工实验。在用并联机床加工螺旋桨技术方面，导出了螺旋桨桨叶曲面的参数方程，并用微分几何的方法对螺

3、旋桨的曲面进行曲率分析;提出用六轴并联机床加工中小型螺旋桨的数控加工方案;研究了螺旋桨数控加工的刀位计算方法，在UG环境下进行螺旋桨数控加工编程，基于Vericut系统进行加工仿真和干涉校验，并用并联机床进行中小型螺旋桨的加工实验。针对大型螺旋桨的加工问题，提出了一种新的并联机构型式一四自由度4-PTS/PRS并联机构，分析了它的正逆解算法、奇异位形以及工作空间的表示。用这种并联机构作为主进给机构.串联一个工作台上的数控转台，就形-t-哈尔滨工业大学工学博士学位论文成了一个五轴联动并串联大型螺旋桨加工系统;提出了这种加工系统的数控后置处理算法，并进行大型螺旋桨加工的运动仿真。这种加工系统具有结

4、构简单、加工能力强和工作空间大等优点。在并联机床数控后置处理器的开发方面，提出了并联机床后置处理器的功能、总体结构以及后置处理过程，并研究了并联机床后置处理过程中的几个关键问题及相关的算法，包括并联机床的插补应采用虚轴插补和实轴插补相结合的插补策略、并联机床在有附加串联轴的情况下的刀位数据分解的算法、刀位数据的坐标变换算法、由刀位数据计算机床动平台位姿的算法及刀具运动速度和驱动杆运动速度之间的关系等。在此基础上，用TCL/TK语言开发了基于UG/Post的并联机床后置处理器，它可以在UG中被调用，直接读取UG/CAM生成的刀具轨迹数据，进行后置处理计算后生成可以控制并联机床加工的数控程序夕‘关

5、键词并联机床;复杂曲面;数控加工;lut刁螺旋桨_t,_AbstractPartswithcomplicatedsurfacessuchasvane,impellerandpropellerarecommoninmanufacturingapplication.NCmachiningofthesepartsrequireshigherprecisionandefficiency.ParallelKinematicsMachine(PKM)isacreativeapplicationofparallelmechanism,NCtechnologyandcomputercontroltechnol

6、ogyintheareaofNCmachinetool.PKMhasmanyadvantagesovertraditionalmachinetools,andissuitableformachiningpartswithcomplicatedsurfaces.ThispaperconductsresearchintotheNCmachiningtechniquesofpartswithcomplicatedsurfacessuchasvaneandmarinepropellerbyPKM.MaintopicsincludesselectionofPKMmechanism,designofmac

7、hiningscheme,techniquesofNCprogramming,simulationtechniquesofNCmachiningandNCpostprocessing,andexperimentsofmachiningseveralpartsareperformed.ThisresearchaimstoperfecttheNCmachiningtheoryofPKM,pushthe