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本科毕业论文（设计）开题报告

附件3论文（设计）题目：整体式叶轮数控加工工艺设计与仿真

附件3

学院

专业

机械设计制造及其自动化

年级

2023级

学生姓名

指导教师

学号

职称

副教授

一、选题的目的和意义

制造业是关系国家安全的支柱产业，也是国民经济的物质主体，是各种高科技赖以产生和发展的技术支撑。制造业发展程度和设备制造能力的强弱，是衡量一个国家和地区综合国力和科技水平的重要标准。

从20世纪中叶至今，中国的汽车领域和航空航天制造业日益发达，随着航空航天制造业的不断发展，具有代表性的叶轮、叶片、陀螺仪等薄壁复杂零件已采用新型五轴数控机床加工制造。而五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、科研、军事、精密设备、高精度医疗设备等行业具有决定性影响。近年来，中国的五轴加工机床和技术也突破了国外的限制，发展迅速。所有现代强国都是发达的制造业国家，如果制造业强大，国家就会强大，中国要想在制造业上领先其他发达国家，就一定要重视五轴加工技术的发展。因此，如何利用五轴数控机床提高加工效率、加工精度、降低加工成本一直是企业研究的课题。切削参数的优化是解决这类问题的有效手段。传统上，优化方案基于切削实验，并将结果进行比较以选择合适的切削参数。对于薄壁复杂零件，这种方法需要大量的人力、物力和时间，这在提倡高效率和低成本的现代社会是不可取的。

叶轮、叶片、盘轴以及薄壁复杂零件等主要结构件大量采用新型难加工材料制造，传统优化方案是在切削实验的基础上，通过比较实验结果选择合适的切削参数，这种方法在提倡高效率和低成本的情况下并不适用传统加工叶轮的方法是将叶轮轮毂与叶片分别加工，成形后再将两者焊接在一起。此方法虽然可以一定程度上保证尺寸精度与形状精度，但费时费力，且叶轮的工作性能很难保证。本文基于编程软件对五轴数控加工叶轮的刀具轨迹进行建模仿真，通过加工—后处理构造器生成五轴数控机床可识别的G代码，为叶轮的加工制造提供一定的理论基础和实用价值。

二、相关文献综述（1000字左右，与主要参考文献对应）

佴昕在2023年6月的硕士毕业论文《整体式叶轮五轴数控加工工艺的研究与优化》中论文以整体式叶轮为对象，展开对其的切削参数优化，而薄壁复杂零件以铣削为主，因此，通过对整体式叶轮的三维建模，对零件作用和功能进行分析，从而确定零件的加工工艺。利用Matlab、UG等软件进行加工动力学建模与仿真，研究工件在加工时的受力变形的因素与改进方法，编制后置处理系统，最后验证机床的安全可靠性。实现整体式叶轮的多轴数控加工。

张胜在2021年6月16日的《叶轮五轴侧铣加工进给速度优化研究》一文中对比分析数控系统中常用加减速控制算法的优缺点，在此基础上，提出以正弦函数过渡的五段多项式加减速控制算法，对梯形加减速、S型加减速、五段多项式加减速控制算法进行仿真分析，结果表明五段多项式加减速控制算法具有速度、加速度、加加速度函数连续且变化平稳的优点，能够减小系统的柔性冲击，保证零件表面加工精度、表面质量和加工效率。

陈凯航在2022年5月14日的硕士毕业论文《叶轮五轴联动数控加工半实时速度规划研究》中开发了在线半实时速度约束及速度区间规划功能。该功能够根据加工G代码信息及相关速度规划参数，高效地生成包含速度规划信息的速度规划i代码。并通过整体叶轮的叶片和流道精加工加工实验，验证了本文速度规划方法的速度规划结果能够保证加工过程驱动轴速度、加速度不超限，且加工效率高,能够满足工程应用要求。

杨韶勇在2021年4月20日的硕士专业学位论文《基于Mastercam整体式叶轮五轴加工技术研究》中研究了五轴加工中刀具走刀轨迹方法、刀轨行距与走刀步长的计算方法，获得了曲面加工过程中残留高度与走刀行距关系；研究了B-C双摆台机床刀具坐标系与工件坐标系之间的变换原理，通过五轴机床的运动学方程，获得刀轴矢量与两个旋转轴转角的数学关系，为后续加工仿真避免加工干涉及误差改进提供理论依据。

刘瑞雪在2022年6月1日的硕士学位论文《五轴侧铣加工刀具轨迹规划及非线性误差补偿方法研究》本文以A-C双转台五轴数控机床为研究对象，分析采用线性插补方式控制两个旋转轴进行加工时带来的非线性误差并建立数学模型。通过分析机床的运动变换，推出加工过程中刀尖点实际位置的数学表达式以及其反求公式。提出一种通过已知理论刀尖点反求旋转中心插补位置的补偿方法，使得实际刀尖点最大限度与理论插补路径重合，MATLAB仿真验证结果表明，补偿后非线性误差明显降低，可满足加工要求。

上述五篇文献都是其他分级机中的典型，文献中运用了多种方法对叶轮加工进行研究，很多加工方法和程序优化方法给我的理论很多启发，使我的课题有了很多可以参考的内容，本文主要提高传统数控加工效率，降低加工成本。因此本课题有研