本文關鍵詞：串并混聯(lián)葉片磨拋機床整機性能分析

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【摘要】：葉片廣泛應用于汽輪機、渦輪機、航空發(fā)動機等推進系統(tǒng)。作為關鍵部件之一，葉片的設計和加工直接影響系統(tǒng)性能的發(fā)揮。為了滿足流體動力學要求，葉片多為復雜的空間自由曲面，由多個截面線掃掠、扭轉而成。葉片工作環(huán)境比較惡劣，長期承受高溫、高壓、復雜應力。因此葉片的型面設計除滿足流體動力學以外還需滿足剛度、強度、疲勞強度、壽命等一系列要求。葉片的設計是一個復雜的過程，不斷往復循環(huán)，使各種設計參數(shù)達到平衡。隨著計算機輔助設計軟件CAD和計算機輔助工程軟件CAE的普及，葉片的型面設計日趨成熟和完善。良好的型面精度不僅能夠使系統(tǒng)性能得到最大發(fā)揮，還能夠使系統(tǒng)運行平穩(wěn)、噪聲小、壽命長。葉片在加工過程中需滿足兩方面要求：形狀精度和表面質量。葉片上比較小的缺陷都會導致系統(tǒng)產生振動、噪音、壽命降低，嚴重的還會導致整個系統(tǒng)產生破壞。葉片加工過程為：鑄模/鍛造-粗銑-精銑-精拋。精拋是為了使葉片獲得更好的表面質量。傳統(tǒng)的加工過程中，精拋一般為工人手工完成。人手能夠感知葉片紋理和缺陷，調節(jié)磨拋姿態(tài)，切削力穩(wěn)定，切削量均勻。然而手工磨拋會產生大量的細小粉塵和噪音對工人的身體健康造成傷害。葉片的磨拋質量取決于工人的技術水平和經驗，磨拋效率低，勞動力成本較高。同時，加工工序比較分散，無法實現(xiàn)自動化加工。 為了實現(xiàn)葉片磨拋自動化加工，將工人從惡劣工作環(huán)境解放出來，課題組開發(fā)了串并混聯(lián)葉片磨拋機床。機床采用串并混聯(lián)方式構型，既能繼承傳統(tǒng)串聯(lián)機床控制簡單的優(yōu)點，又能發(fā)揮并聯(lián)機構剛度高、精度高、靈活性高等優(yōu)點。串并混聯(lián)機床能夠提取工人手工磨拋技藝，，仿生人手手腕調節(jié)葉片和刀具之間的姿態(tài)，實現(xiàn)恒力均勻磨拋。機床能夠實現(xiàn)X、Y、Z、A、B五個自由度運動，X、Y、Z向運動調整葉片和磨拋工具之間位置，A、B向運動調整葉片和磨拋工具之間的姿態(tài)。 本文在國家自然基金重點項目支持下，完成了串并混聯(lián)葉片磨拋機床的機構設計、零部件加工、裝配。目前機床正在調試、電氣系和控制統(tǒng)連接、測量。 根據(jù)葉片形狀和成型特點，分析葉片成型所需自由度，確定機床運動方式。綜合傳統(tǒng)串聯(lián)機構和并聯(lián)機構的優(yōu)點，確定機床的構型方式為串并混聯(lián)式。并對機床的主要功能部件（并聯(lián)機構、磨拋工具、原位測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）的結構和工作原理進行介紹。 利用有限元分析軟件對機床進行靜力學分、模態(tài)分析和諧響應分析。根據(jù)靜力學分析結果來分析機床受靜力狀態(tài)下的剛度和強度。機床模態(tài)分析得到機床前十階固有頻率和振型，為合理選擇切削速度避免機床產生共振提供了數(shù)據(jù)支持。諧響應分析獲得機床受簡諧力時的穩(wěn)態(tài)響應情況。 以多體系統(tǒng)理論為基礎建立串并混聯(lián)葉片磨拋機床幾何誤差綜合分析模型。該模型考慮了各軸的定位誤差、直線度誤差、角度誤差以及各軸之間的垂直度誤差、平行度誤差的綜合作用。利用MATLAB驗證了該模型的有效性和正確性，為后續(xù)誤差補償提供了理論支持。 借助激光干涉儀對X、Y軸定位誤差、直線度誤差、俯仰角誤差、偏擺角誤差進行測量。根據(jù)測量獲得的大量數(shù)據(jù)得出各項誤差分布情況。將測得的幾何誤差帶入誤差模型，聯(lián)動X、Y軸在XOY平面做圓形插補運動，在MATLAB平臺上分析綜合誤差在空間分布情況。經分析發(fā)現(xiàn)，機床綜合誤差沿空間軸向分量主要受對應軸的定位誤差影響最大。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG58

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本文編號：1240534