【摘要】：在葉片上合理布置微織構(gòu)能夠減小流體帶來的阻力,提升發(fā)動機的工作性能。但用常規(guī)曲面數(shù)控刀軌計算方法對整體葉輪自由曲面葉片上的溝槽肋條等微織構(gòu)進行刀軌規(guī)劃時,會出現(xiàn)刀軸不光順,計算效率低等問題。本文以整體葉輪自由曲面葉片表面上溝槽和肋條類型微織構(gòu)的配置為研究對象,開展葉片表面減阻微織構(gòu)的設(shè)計、微織構(gòu)數(shù)控加工工藝規(guī)劃和微織構(gòu)刀具軌跡規(guī)劃的研究。論文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)對整體葉輪葉片表面減阻微織構(gòu)的設(shè)計進行了研究。在確保仿真準(zhǔn)確性的前提下,分析了葉片周圍的流場特征;根據(jù)流體動力理論,設(shè)計了減阻性能的分類辨識方法;采用控制變量法,探究了三角形微織構(gòu)方向和尺寸等參數(shù)對減阻性能的影響。(2)對整體葉輪葉片表面減阻微織構(gòu)的數(shù)控加工工藝進行了分析和規(guī)劃。針對設(shè)計的減阻微織構(gòu),采用了通用型微刃徑球頭銑刀銑削的加工方案。根據(jù)葉輪葉片和微織構(gòu)的特征參數(shù)選擇合適的加工刀具,并根據(jù)刀具參數(shù)和走刀方式計算了相應(yīng)的工藝性加工誤差。(3)設(shè)計了整體葉輪葉片表面減阻微織構(gòu)數(shù)控加工的刀具軌跡計算方法。根據(jù)葉片和微織構(gòu)幾何特征,通過偏置面求交線的方式提取了刀具路徑曲線;根據(jù)刀具路徑曲線參數(shù)和加工精度要求,設(shè)計了高效準(zhǔn)確的基于二分法的弦線法刀位點生成算法;通過在刀心點處建立局部坐標(biāo)系和參考平面、求解滿足機床旋轉(zhuǎn)軸行程要求的臨界刀軸矢量的方法,生成了初始刀軸矢量;以加工傾角和機床旋轉(zhuǎn)軸的變化量為目標(biāo),以刀軸可擺動區(qū)域為約束條件,建立了刀軸矢量的優(yōu)化模型,并設(shè)計了鄰域最小搜索迭代算法對優(yōu)化模型進行求解,最終求得較為光順的刀軸矢量。(4)開展了整體葉輪葉片表面減阻微織構(gòu)數(shù)控加工仿真與實驗驗證。利用NX Open C++二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)了整體葉輪葉片表面減阻微織構(gòu)數(shù)控加工刀具軌跡生成軟件,并對比分析了刀軸矢量優(yōu)化前后結(jié)果,驗證了優(yōu)化模型的有效性。分別在VERICUT和五軸數(shù)控機床上進行了加工仿真和加工實驗,結(jié)果符合預(yù)期,驗證了微織構(gòu)加工工藝以及刀具軌跡規(guī)劃方法的正確性。
【圖文】：

（a） （b） （c） （d） 常用銑刀（a 為平底刀，b 為環(huán)形刀，，c 為面銑刀，d 為球整體葉輪葉片曲面輪廓復(fù)雜，葉片較薄易變形，因此選擇此葉輪流道狹窄，而平面銑刀需要把具有一定尺寸的飛刀大，因此本文選用平底刀進行整體葉輪的粗加工。常為葉輪流道徑向深度h 、機床刀柄夾持刀具的長度Hl 以H Rl h l l于刀軸在流道中會傾斜的考慮，綜上因素，本文加工刀片加工時刀刃與葉片曲面發(fā)生局部干涉，刀刃半徑應(yīng)小于

圖 5.8 五坐標(biāo)數(shù)控機床要技術(shù)參數(shù)如表 5.3 所示。表 5.3 JDVT600_A12S 主要技術(shù)參數(shù)項目 標(biāo)準(zhǔn)值/Z 軸運動定位精度 0.005/0.005/0.005/Z 軸重復(fù)定位精度 0.0045/0.0045/0.00X/Y/Z 工作行程 600/400/350mm主軸最高轉(zhuǎn)速 30000rpm快速移動速度 15m/min高切削進給速度 15m/minA/C 軸轉(zhuǎn)動行程 1 20 ~120 /36，該實驗選擇的刀具實物如圖 5.9 所示。由于溝槽加工刀具刀柄熱縮刀柄夾持。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG659;V263

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