基于最小二乘原理的葉輪加工刀位規(guī)劃方法研究.pdf

1、葉輪作為透平機械中的關(guān)鍵零部件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)技術(shù)也始終是如今數(shù)控制造領(lǐng)域中的難題。整體葉輪從毛坯到最終成品通常需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工和磨光處理等幾個過程，其中粗、精加工是葉輪加工中最為重要的兩個環(huán)節(jié)。粗加工環(huán)節(jié)對葉輪產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和成本有著舉足輕重的作用，而精加工環(huán)節(jié)直接決定著葉輪加工質(zhì)量的優(yōu)劣，從而對葉輪的整體特性和機械效率產(chǎn)生極其重要的影響，因而，研究葉輪的數(shù)控加工制造方法具有相當(dāng)重要的應(yīng)用價值。本文以半開式整體葉輪為

2、研究目標(biāo)，其葉片曲面為非可展直紋面，在完成葉輪數(shù)字化建模的基礎(chǔ)上對其粗加工階段和精加工階段進(jìn)行了研究，其主要內(nèi)容如下:
　　本文首先完成了半開式整體葉輪的數(shù)字化建模，以此作為數(shù)控加工研究的基礎(chǔ)。詳細(xì)陳述了葉輪模型的整個構(gòu)建過程，并分別在MATLAB軟件和UG軟件環(huán)境下完成了模型的三維顯示。
　　其次，完成了葉輪的粗加工刀具路徑規(guī)劃。文章采用分段變軸插銑的加工方法對葉輪流道進(jìn)行加工，在盡可能提高粗加工效率的同時使加工后余量比較

3、均勻，以便于后續(xù)的精加工。通過對葉片偏置曲面進(jìn)行直紋面逼近并與輪轂面求交得到了無干涉的粗加工區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)布置插銑刀位完成了葉輪的粗加工。最終，在UG中完成了相應(yīng)的粗加工仿真操作，驗證了理論方法的可行性。
　　最后，對非可展直紋曲面的精加工進(jìn)行了相應(yīng)的研究，提出了一項新的側(cè)銑精加工刀路生成算法。該算法將刀具側(cè)銑非可展直紋面的理論模型歸結(jié)為刀具曲面與設(shè)計曲面的最佳平方逼近問題，從刀具軸線出發(fā)，以被加工曲面的刀位規(guī)劃誤差為紐帶，得到

4、刀具曲面上的一條映射曲線，該曲線最能表征刀具曲面與被加工曲面的貼近程度，進(jìn)而建立了確定刀具位姿的最小二乘逼近模型并推導(dǎo)出了模型的具體解算方法，最后通過數(shù)值算例與兩點偏置法、三點偏置法和UG數(shù)控加工模塊中的可變軸輪廓銑法加工的結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)的比較，分析了其誤差分布規(guī)律，結(jié)果表明所提方法的幾何殘留誤差較小，驗證了算法的有效性，最終將所提算法應(yīng)用到了葉片曲面的精加工過程中，在UG軟件中完成了相應(yīng)的精加工仿真，分析了其加工誤差大小。而對于輪轂曲