三元整体叶轮的五轴加工刀具轨迹规划开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告 题目 三元整体叶轮的五轴加工刀具轨迹规划 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 068105302 学 生 姓 名 聂 群 指 导 教 师 于 斐 填 表 日 期 2010 年 3 月 1 日 选题的依据及课题的意义 叶轮机械广泛地用于能源动力、航空航天、石油化工、冶金等行业，在国民经济和国防事业中发挥着巨大作用。据原机械工业部统计资料表明，压缩机、鼓风机、通风机和水泵在各行业的装机容量占全国发电总量的三分之一叶轮机械是一个综合性很强的学科，涉及到气动、加工、强度、振动等方面，范围广，内容多。近几十年来，随着计算机及数值计算理论的发展，叶轮的设计理论取得了可喜的成绩。采用三元叶轮设计理论使得内部流动更加符合流体的实际流动过程，性能得到大幅度的提高。与之相适应，三元叶轮由于空间形状的复杂性以及对强度的高要求使其对加工制造提出了更高的要求。 本设计利用UG软件对三元整体叶轮进行仿真设计，得到叶轮主要部分的NC程序，并对其刀具轨迹进行规划。利用UG软件，实际上就是采用逆向工程的方法进行设计工作。逆向工程技术（RE），也称逆向工程、反求工程，是在没有产品原始图样、文档的情况下，对产品实物进行测量和和工程分析，经CAD/CAM/CAE软件进行数据处理，重构几何模型，并生成数控程序，由数控机床重新加工复制产品的过程。 根据叶片的几何形状，可将叶轮分为具有直纹面叶片的叶轮和具有任意曲面叶片的叶轮。对于曲面加工，最早是采用放样法，这种古老的方法速度慢，精度低，需要熟练的技工完成。采用毛坯铸造，叶片的厚度不能太薄，且精度很难保证，叶轮动平衡性能差。电火花加工技术也可用于叶轮的加工，但是其成本高。利用CAD/CAM技术，在数控机床上加工被认为是加工叶轮的最好方法。整体叶轮的数控加工离不开自动编程，在自动编程方面，整体叶轮的刀具路径的规划是个关键，刀具轨迹的生成能力直接决定数控编程系统的功能及所生成的加工程序质量。能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。因此选此课题进行设计与研究。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） 1. 国内外叶轮数控加工的研究现状 早在七十年代初我国的几家大型企业就开始将数控机床用于整体叶轮的加工上。目前，我国已有越来越多的厂家开始采用锻造毛坯后多坐标NC加工成型的方法加工叶轮，尤其是国防工业中所用的关键叶轮，如火箭发动机的转子、风扇，飞机发动机的涡轮等。目前都已采用多坐标数控机床加工。国内所用的机床大多是引进的具有国际先进水平的四、五轴联动数控机床。 叶轮数控加工方法大致分为两大类：点铣法和侧铣法[1]。点铣法是指用球头刀按叶片的流线方向逐行走刀，加工一个叶片需走刀50一200次，逐渐加工出叶片曲面，主要用于叶身是自由曲面的叶片。我国航天用的转子、风扇等叶片都采用点铣法。利用这种方法加工出的叶片能够较精确地符合叶片设计型面的要求，精度较高，而且加工走刀方向和设计流线方向相同，对叶轮运行时的动力性能有利。但是其最显著的缺点为加工效率低下。而且，这种点铣的切削方式，只有刀具头部一点或一圈切削刃参加切削，刀具磨损严重，需要经常换刀及重磨刀具，生产成本进一步增加。 第二种是侧铣法。现在国内效率较高的叶轮叶片加工方法是分片侧铣法[2]。分片侧铣是指把叶片按加工特征和工艺要求把叶片分成若干片，用侧铣的方法加工叶片。这种方法是利用加工误差来控制分片数，理论上分片越多，叶片与刀具的接触线越短，加工精度就越高。采用分段侧铣的方法,生成的刀位轨迹刀轴矢量变化均匀,刀轴未发生干涉,且加工效率和加工质量明显得到提高。 著名机床公司意大利C.B，Frar公司采用端铣刀螺旋加工叶片获得了用户的好评。高速螺旋铣方法不仅加工效率高，而且很好的保证了叶片的表面质量。不足之处是该系列机床价格昂贵，并且设置一些技术壁垒。在目前的CAM软件如UGII、Pro/E等中还没有可用于叶片实际加工的螺旋加工算法。我国西北工业大学的仵高升[3]对该高速螺旋铣方法进行了研究，提出了叶片四五轴螺旋加工刀位计算方法，并初步研究了螺旋铣在开式整体叶盘加工中的应用。但该方法受到叶片螺旋铣的加工工装设备的限制，目前的工装无法实现螺旋加工。因此仍然没有完成整个实体叶片的加工，还处以仿真阶段。 2. 国内外刀位轨迹生成方法研究现状 华东理工大学的汤进硕士[4]提出了一种基于等参线裁剪的刀具轨迹规划算法，此方法首先要再将两条等参线按给定的覆盖精度离散成一个覆盖点序列，接着建立两点列间各点的拓扑关系，然后沿参数线方向顺次计算每一对拓扑关系所对应的邻接距离，