航空发动机叶片铣削过程变形控制研究

【类型】学位论文

【作者】李昊 

【关键词】 航空发动机叶片 铝合金 铣削力模型 变形规律 误差补偿 有限元仿真

【摘要】航空发动机叶片是发动机的核心部件之一,发动机的性能很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。叶片是一类典型的薄壁自由曲面零件,它的曲面形状和制造精度直接决定了飞机发动机的推进效率的大小,而加工方法的研究将有助于提高该类零件的加工精度和效率。传统的航空发动机叶片加工方法费时费力,精度难以保证。随着数控技术的发展,目前的发动机叶片大多采用数控铣床来制造,因为加工应力变形存在,所以加工精度仍然不够理想。如何充分发挥数控加工的潜能,以提高发动机叶片的加工精度和效率,是当前数控加工的一个研究重点和难点。影响叶片制造精度的因素众多,且各因素之间关系相互耦合,很难剥离出某单个因素对叶片加工精度的影响规律。本文对现阶段航空发动机叶片标准尺寸及其精度要求进行分析,综合比较已有叶片加工方案优缺点,以减小叶片的加工变形误差为前提,确定出最优加工工艺路线。通过对发动机叶片在现有夹具定位下的螺旋铣削加工状态的研究,重点分析因铣削力存在造成叶片加工尺寸精度误差的各种因素。建立在考虑刀具偏心和刀杆变形前提下的瞬时铣削力模型,确定在瞬时铣削力下的刀杆和叶片的变形数学模型。因考虑瞬时铣削力与因铣削力产生变形的叶片模型相互耦合,提出了基于加工表面静态误差预测、补偿的离线单层次误差补偿和离线多层次误差补偿方案,利用有限元模拟技术结合铣削力模型,迭代求解各个刀位点处的弹性让刀变形量,据此修正原始的数控刀具轨迹代码,达到消除加工变形误差的目的;并通过有限元ANSYS仿真,得到实时误差补偿刀位轨迹,通过实验验证补偿方案的正确性和实用性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】兰州理工大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】陈惠贤

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