外文翻譯---基于ug的發(fā)動機(jī)整體葉輪數(shù)控編程研究 中文.doc

南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文基于ug的發(fā)動機(jī)整體葉輪數(shù)控編程研究1前言整體葉輪作為透平（Turbine）機(jī)械的關(guān)鍵部件，廣泛地用于航空、航天等領(lǐng)域，其質(zhì)量直接影響其空氣動力性能和機(jī)械效率。因此它的加工技術(shù)一直是透平制造行業(yè)中的一個重要課題。目前國外一般應(yīng)用整體葉輪的五坐標(biāo)加工專用軟件1，主要有美國NREC公司的MAX-5，MAX-AB葉輪加工專用軟件，瑞士Starrag數(shù)控機(jī)床所帶的整體葉輪加工模塊，還有Hypermill等專用的葉輪加工軟件。此外，一些通用的軟件如：UG、CATIA、PRO/E等也可用于整體葉輪加工。目前，國內(nèi)只有少數(shù)幾家企業(yè)（如：西北工業(yè)大學(xué)等院校和航空航天系統(tǒng)一些發(fā)動機(jī)專業(yè)廠、專業(yè)所）可以加工整體葉輪，而且工藝水平距國際先進(jìn)水平尚有很大差距?？傮w上我國葉輪加工領(lǐng)域的研究與應(yīng)用同發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距，很多企業(yè)的軟、硬件都依靠進(jìn)口，自主版權(quán)的軟件在生產(chǎn)中未見推廣應(yīng)用，在窄槽道、小輪轂比等高性能葉輪制造技術(shù)方面尚未過關(guān)，因此研究高性能葉輪的加工技術(shù)勢在必行。2整體葉輪的CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖整體銑削葉輪加工是指毛坯采用鍛壓件，然后車削成為葉輪回轉(zhuǎn)體的基本形狀，在五軸數(shù)控加工中心上使輪轂與葉片在一個毛坯上一次加工完成，它可以滿足壓氣機(jī)葉輪產(chǎn)品強(qiáng)度要求，曲面誤差小，動平衡時去質(zhì)量較少，因此是較理想的加工方法。五軸數(shù)控加工技術(shù)的成熟使這種原來需要手工制造的零件，可以通過整體加工制造出來。3微型壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點及加工難點國內(nèi)大多數(shù)整體葉輪都是根據(jù)國外葉輪縮比仿制的，而本文研究的葉輪是北航能源與動力工程學(xué)院自主開發(fā)的微型航空發(fā)動機(jī)上的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子出口直徑為81mm，有8片一級葉片，8片二級葉片，出口葉片高度3mm，葉輪進(jìn)口直徑44.3mm，進(jìn)口葉片高度17.15mm，葉片厚度最薄處0.4mm，相鄰葉片間最小間距為3.1mm，如圖2。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文為了使氣動性設(shè)計達(dá)到了國際先進(jìn)水平，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子采用了大扭角，根部變圓角等結(jié)構(gòu)，給加工提出了很高的要求。轉(zhuǎn)子加工難度如下：1、國際上同等直徑81mm的整體葉輪通常有12片葉片或14片葉片，而此轉(zhuǎn)子有16片葉片，而且它的二級葉片也較長，這些都使加工槽道進(jìn)一步變窄，加工難度進(jìn)一步增加。2、在刀具直徑為2.5mm情況下，剛性差，容易斷，控制切削深度也是關(guān)鍵。3、此葉輪曲面為自由曲面、流道窄、葉片扭曲嚴(yán)重，并且有后仰的趨勢，加工時極易產(chǎn)生干涉，加工難度高。有時為了避免干涉，有的曲面要分段加工，因此保證加工表面的一致性也有一定困難。4、前緣圓角曲率半徑變化很大，加工過程中機(jī)床角度變化較大，并且實現(xiàn)環(huán)繞葉片加工較難；5、由于葉輪強(qiáng)度的需要，輪轂與葉片之間還采用變圓角。由于槽道窄，葉片高，變圓角的加工也是個難點?？傊?，此葉輪的窄槽道、大扭角、變圓角給加工帶來了很大困難，國內(nèi)還未見有加工出此種高難度的整體葉輪。4壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的加工工藝方案葉輪整體加工采用輪轂與葉片在一個毛坯上進(jìn)行成形加工，而不采用葉片加工成形后焊接在輪轂上的工藝方法。其加工工藝方案如下3-4：1、為了提高整體葉輪的強(qiáng)度，毛坯一般采用鍛壓件，然后進(jìn)行基準(zhǔn)面的車削加工，加工出葉輪回轉(zhuǎn)體的基本形狀。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的毛坯如圖3所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2、葉輪氣流通道的開槽加工開槽加工槽的位置宜選在氣流通道的中間位置，采用平底錐柄棒銑刀平行于氣流通道走刀，并保證槽底與輪轂表面留有一定的加工余量，如圖4所示。其中平底錐柄棒銑刀為硬質(zhì)合金刀具，其規(guī)格為：平底部分直徑為：3mm，半錐角為2，刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長度為：20mm。此步選用的主軸轉(zhuǎn)速為：10000r/min，進(jìn)給速度為：800mm/min。在數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中根據(jù)實際加工情況對主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度進(jìn)行調(diào)整。3、葉輪氣流通道的擴(kuò)槽加工及葉片的粗加工擴(kuò)槽加工采用球形錐柄棒銑刀，從開槽位置開始，從中心向外緣往兩邊葉片擴(kuò)槽，擴(kuò)槽加工要保證葉型留有一定的精加工余量。通常情況下，擴(kuò)槽加工與精銑輪轂表面在一次加工完成。由于此葉輪槽道窄、葉片高、扭曲嚴(yán)重，且UG數(shù)控加工編程需要根據(jù)驅(qū)動面來決定切削區(qū)域，因此擴(kuò)槽加工需要分兩部分來加工。第一部分：選擇驅(qū)動面為輪轂面，進(jìn)行擴(kuò)槽。此時不能加工到輪轂表面，還需進(jìn)一步擴(kuò)槽加工；第二部分：進(jìn)一步擴(kuò)槽及葉片粗加工。選擇驅(qū)動面為葉片表面的偏置面，在葉片粗加工的同時，進(jìn)一步擴(kuò)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文槽。其中球形錐柄棒銑刀為硬質(zhì)合金刀具，其規(guī)格為：球頭部分直徑為：3mm，半錐角為2，刀具柄部直徑為：6mm，帶錐部分長度為：20mm。此步選用的主軸轉(zhuǎn)速為：20000r/min，進(jìn)給速度為：3000mm/min。4、葉片、輪轂的精加工在均勻余量下進(jìn)行的精加工，保證了良好的表面加工質(zhì)量，采用球頭銑刀精加工，因為相鄰葉片間最小間距為3.1mm，且葉片最深處為17.15mm，考慮到干涉，轉(zhuǎn)子精加工刀具采用瑞士Fraisa公司的直徑2.5的球頭棒銑刀，刀具避空位為20mm。加工時的主軸轉(zhuǎn)速為：260000r/min，進(jìn)給速度為：5000mm/min。5、變圓角精加工大、小葉片的左側(cè)為變圓角，圓角半徑從葉片前緣到尾緣為1.25mm到2.2mm到1.25mm線性變化。其中最大圓角發(fā)生在靠近尾緣22處。葉片右側(cè)為常數(shù)圓角1.25mm。變圓角可以通過一次走刀加工完成，這時刀具球頭部分的半徑至大為變圓角的最小半徑。選擇的刀具、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度，同葉片、輪轂的精加工。以上程序都要經(jīng)過分度、旋轉(zhuǎn)，加工完全部的輪轂或葉片再執(zhí)行下一個程序，保證應(yīng)力均勻釋放，減少加工變形誤差。5壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的數(shù)控程序編制5.1用UG加工壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子5.2數(shù)控程序編制5.2.1建立父節(jié)點組1、在刀具節(jié)點下，加入加工用到的所有刀具，并設(shè)置其刀具參數(shù)；2、在幾何節(jié)點下，選擇毛坯、設(shè)置加工坐標(biāo)系、選擇避讓幾何為轉(zhuǎn)子實體；3、在方法節(jié)點下，設(shè)置粗、半精、精加工時的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率及刀位軌跡的顯示顏色。5.2.2葉輪氣流通道的開槽加