鎳基高溫合金葉片作為典型的渦輪葉片,其表面質(zhì)量直接影響航空發(fā)動機的服役壽命與使用性能。精鑄而成的鎳基高溫合金葉片無定位基準并且表面余量分布不均,采用人工磨削效率低、質(zhì)量難以保證,同時采用數(shù)控機床磨削成本高、運動空間有限。機器人由于成本低、靈活度高,已被廣泛應(yīng)用于各個加工領(lǐng)域,但是機器人運動精度低,從而制約機器人在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。本文針對機器人誤差補償、葉片標定以及對余量分布不均的葉片表面進行路徑規(guī)劃等問題開展研究,提出適用于鎳基高溫合金葉片砂帶磨削加工的關(guān)鍵技術(shù)。同時,為保證葉片表面完整性,對鎳基高溫合金砂帶磨削的工藝參數(shù)進行研究。本文主要研究工作如下:（1）開展鎳基高溫合金葉片機器人砂帶磨削過程中弱剛性、低運動精度以及彈性變形等特性分析;提出以低彈性系數(shù)彌補加工精度的磨削方法并設(shè)計具有“N”軸的砂帶磨頭結(jié)構(gòu);考慮該結(jié)構(gòu)弱剛性共振特征,對該結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析以及諧響應(yīng)分析,為后續(xù)鎳基高溫合金葉片機器人砂帶磨削提供實驗平臺。（2）結(jié)合葉片以及磨頭特性,開展葉片標定技術(shù),同時為獲得余量分布,測量葉片型面并重構(gòu)型面模型,規(guī)劃葉片加工路徑并獲得余量分布;為實現(xiàn)加工,定義接觸輪雙矢量方向,建立... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

葉片型

重慶大學碩士學位論文6帶磨削中的模型重構(gòu)、離線編程以及路徑優(yōu)化作為大量研究，并對葉片進行相關(guān)實驗，實驗結(jié)果顯示葉片的型面精度均小于0.15mm，滿足葉片型面精度要求，其實驗裝置如圖1.6(a)所示[29]。華中科技大學陳巍為解決葉片的標定問題，把點云匹配技術(shù)應(yīng)用在機器人砂帶磨削系統(tǒng)中，通過該方法的迭代計算，最終匹配誤差降低到0.3815mm[30]。哈爾濱工業(yè)大學張暉基于三維測量對機器人的加工軌跡進行規(guī)劃，通過葉片加工實驗以及表面粗糙度測量，加工后的葉片表面粗糙度Ra小于0.8μm，滿足葉片拋光要求[31]。在高新科技企業(yè)中，廊坊智通機器人公司率先開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機器人磨削系統(tǒng)，用于葉片等復(fù)雜型面的磨削加工[29]。重慶三磨海達磨床有限公司針對葉環(huán)、葉片等復(fù)雜曲面加工自主開發(fā)了機器人砂帶磨削系統(tǒng)，已在中國航空動力股份有限公司調(diào)試使用，其機器人拋光單元如圖1.6(b)所示。(a)機器人拋光系統(tǒng)裝置(b)Stubli機器人磨削系統(tǒng)圖1.5國外機器人砂帶磨削系統(tǒng)Fig.1.5Foreignroboticbeltgrindingsystem(a)吉林大學機器人砂帶磨削系統(tǒng)(b)三磨海達2M5530ZN機器人拋光單元圖1.6國內(nèi)機器人砂帶磨削系統(tǒng)Fig.1.6Domesticroboticbeltgrindingsystem

隊臚餼渡?節(jié)點沿Z向的位移量，計算出不同磨削壓力下拉簧的伸縮量變化以及橡膠沿Z向的最大壓縮量變化。由于整個裝置的變化均在線性變化范圍內(nèi)，因此，對于仿真結(jié)果，各個節(jié)點的位移量變化與施加壓力成正比。磨削壓力為5N變化到20N時，拉簧的拉伸量變化分別為19.48mm，38.94mm，58.42mm，77.90mm，橡膠的壓縮量分別為0.088mm、0.116mm、0.145mm以及0.173mm。所以，磨削壓力每變化1N，拉簧的拉伸量變化為3.90mm，然而，橡膠的壓縮量變化為0.0056mm。因此，整個砂帶磨削葉片裝置的磨削壓力主要通過拉簧的拉伸量進行調(diào)節(jié)。圖2.6磨削壓力下的仿真位移圖Fig.2.6Simulateddisplacementmapundergrindingpressure2.3高溫合金葉片機器人砂帶磨削磨頭振動分析2.3.1磨削動態(tài)特征分析鎳基高溫合金精鑄葉片機器人砂帶磨削磨頭裝置中，拉簧的低彈性系數(shù)決定了磨頭具有弱剛性特征。在機器人砂帶磨削加工葉片過程中，由于砂帶不斷有磨粒切入與切出葉片，磨頭在加工過程會產(chǎn)生振動。特定的工藝參數(shù)會使接觸輪組件沿著Z向產(chǎn)生共振，導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)接觸不穩(wěn)定情況，從而影響加工后的表面質(zhì)量。因此，必須對接觸輪組件以及拉簧部分進行振動分析。在砂帶磨削葉片裝置的有限元分析中，其振動方程為[47]：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]航空發(fā)動機葉片機器人精密砂帶磨削研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 黃云,肖貴堅,鄒萊.  航空學報. 2019(03)
[2]航空發(fā)動機第5級靜子葉片榫頭加工工藝優(yōu)化[J]. 萬敏,安鈴芝,胡登洲,劉志學.  過程工程學報. 2017(02)
[3]Surface integrity of GH4169 affected by cantilever finish grinding and the application in aero-engine blades[J]. Li Xun,Ma Shuang,Meng Fanjun.  Chinese Journal of Aeronautics. 2015(05)
[4]鎳基高溫合金GH4169磨削參數(shù)對表面完整性影響[J]. 黃新春,張定華,姚倡鋒,任敬心.  航空動力學報. 2013(03)
[5]單晶空心渦輪葉片精確控形技術(shù)的研究進展[J]. 李世峰,張定華,卜昆.  稀有金屬材料與工程. 2012(03)
[6]機器人修形磨削工具坐標系的精確標定方法[J]. 王偉,贠超,孫坤,王媛媛.  北京航空航天大學學報. 2009(06)

博士論文
[1]基于長疲勞壽命的鈦合金Ti6Al4V銑削加工表面完整性研究[D]. 楊東.山東大學 2017
[2]機器人磨削葉片關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 趙揚.吉林大學 2009

碩士論文
[1]機器人砂帶磨削航發(fā)葉片關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 任旭.重慶大學 2017
[2]航發(fā)葉片自適應(yīng)砂帶磨削系統(tǒng)集成方案及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 丁慶春.重慶大學 2017
[3]某航空發(fā)動機渦輪葉片的振動特性試驗及分析[D]. 董妍.大連理工大學 2016
[4]某機轉(zhuǎn)子葉片工藝研究[D]. 劉耀毅.大連理工大學 2016
[5]整體葉盤磨拋工具系統(tǒng)控制研究[D]. 高亞鵬.吉林大學 2016
[6]基于三維測量的拋光機器人軌跡規(guī)劃技術(shù)研究[D]. 張暉.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[7]基于砂帶磨削工藝的航空發(fā)動機葉片數(shù)控加工自動編程方法研究[D]. 楊宇航.重慶大學 2015
[8]葉片多軸數(shù)控加工技術(shù)研究[D]. 董宜榮.沈陽工業(yè)大學 2015
[9]三坐標測量機采樣預(yù)測方法及測頭補償技術(shù)研究[D]. 王洋.東北大學 2014
[10]點云匹配技術(shù)在機器人砂帶磨削系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]. 陳巍.華中科技大學 2014



本文編號：3302823