整体叶轮五轴侧铣的刀具路径计算方法研究.pdf

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1、整体叶轮五轴侧铣的刀具路径计算方法研究严涛2015年12月中图分类号：TH162+.1UDC分类号：621整体叶轮五轴侧铣的刀具路径计算方法研究作者姓名严涛学院名称机械与车辆学院指导教师王西彬教授答辩委员会主席刘佳教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月ResearchofToolPathCalculationMethodofFive-axisFlankMillingforIntegralImpellerCandidateName:YanTaoSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeri

2、ngFacultyMentor:Prof.WangXibinChair,ThesisCommittee:Prof.LiuJiaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:December,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理

3、工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要整体叶轮是航空航天、船舶发动机等各类透平机械的关键部件，随着航天和海洋事业的发展，对叶轮的性能提出了更高的要求，随之而来的是整体叶轮的形状更加复杂，其加工要求也越来越高。五轴侧铣加工是工业中复杂高性能零件高效加工的重要手段，能够加工连续、平滑、复杂的整体叶轮的叶片曲面。由于整体叶轮的叶片一般为非可展直纹面，非可展直纹面侧铣加工过程中存在原理性误差，同时要保证刀具路径的平滑性，刀具路径规划的复杂度进

4、一步提高。因此，整体叶轮的五轴侧铣加工中，对刀具路径规划的研究具有重要的实际意义。本文从理论上分析了非可展直纹面侧铣加工的几何学原理，基于微分几何中的等距映射的性质，对非可展直纹面五轴侧铣加工的刀具路径规划进行了研究。主要内容如下：1.应用微分几何曲线论和曲面论，讨论了曲面之间关系与曲面自身特性的联系，针对曲面之间的相互接触，研究了曲面侧铣的几何原理及刀轴矢量运动学并将其应用于刀具包络曲面运动学模型中。2.从刀具曲面与待加工曲面的接触特性出发，建立回转刀具加工曲面的局部几何模型，分析非可展直纹面侧铣加工的原理性误差；对叶片曲面及加工中其他重要曲面进行分析并对叶片进行NURBS表示；

5、规划铣削工艺，主要包括加工阶段的划分和加工刀具的选择。3．对叶片五轴侧铣过程进行刀具路径规划，提出基于曲率变化的走刀步长计算方法；针对圆柱铣刀，根据微分几何等距映射下的极差不变性，构建出设计曲面的等距面，以此为基准确定刀位，将刀具包络面与设计曲面的误差转化到刀轴轨迹面和等距面的极差上，通过控制曲面之间的极差来达到减小加工误差确定最终刀位的目的；针对圆锥铣刀，提出基于特征线偏置的刀位计算方法，以新的偏置面为基准对刀轴轨迹面进行优化。4.分析多种加工方法引起的误差，通过实例计算验证本文所提算法的优越性，其后通过加工仿真验证其可行性，并评判其轨迹光顺性。表明文中所建立的模型能减小加工误差

6、，且能在一定程度上提高加工效率，具有实际的借鉴意义。关键词：整体叶轮；五轴侧铣加工；运动学；等距映射；刀具路径规划I北京理工大学硕士学位论文AbstractIntegralimpelleristhekeycomponentofallkindsofturbinemachinerysuchasaerospaceengineandmarineengine,withtheimprovementofrequirementsofengineperformance,theshapeoftheintegralimpellerbecomesmoreandmorecomplexanditsproces

7、singisbecomingmoreandmoredemanding.Five-axisflankmillingmachiningisanimportantmeansofefficientprocessingthecomplexhighperformancepartsinindustry,itcanbeusedtomachinethecontinuous,smoothandcomplexsurface.Duetotheexistofprincipleerrorwhen