基于NURBS插补的汽轮机叶片背弧面数控加工模拟与误差分析

弓高误差是影响汽轮机叶片加工质量的关键因素之一。根据汽轮机叶片数控切削加工的质量要求,采用NURBS曲线插补算法,并用MATLAB软件模拟了NURBS插补过程。通过UG6.0数控仿真模块进行模拟加工,分析仿真数据可知:采用NURBS插补方法模拟加工汽轮机叶片背弧面,弓高误差为0.080～1.154μm。

切削参数对汽轮机叶片精加工变形影响

叶片精加工过程中切削参数是影响叶片加工精度的关键因素之一。根据三轴数控机床的球头铣刀数学模型,建立了应用于五轴数控机床的球头铣刀加工汽轮机叶片的数学模型,获取了叶片加工过程中切削力的大小;在此基础上,采用数值模拟方法获取叶片在精加工过程中的变形量。通过极差和方差分析,探讨了主轴转速、进给速度、主轴转速和进给速度一级交互作用、切削深度对叶片变形的影响规律。研究表明:在精加工过程中,主轴转速、进给速度、主轴转速和进给速度的交互作用对叶片变形的影响比较显著;由于精加工过程中,进给速度较大,切削深度相对较小,切削深度对叶片变形影响并不显著。

球头铣刀加工倾角对汽轮机叶片变形影响

球头铣刀加工汽轮机叶片时的加工倾角是影响叶片加工质量的关键因素之一。通过建立球头铣刀加工汽轮机叶片的数学模型,应用MATLAB软件的人机对话功能,编制了计算球头铣刀加工叶片时作用在叶片3个坐标方向上的力的图形界面。从而可以计算出作用在叶片法线方向的作用力,该力可以反映加工时叶片的变形情况。通过计算验证:当球头铣刀加工汽轮机叶片时的加工倾角为45°时,作用在叶片法线方向上的力最小,叶片变形最小。

薄壁叶片汽道加工变形模型预测

针对薄壁叶片汽道在加工过程中易产生弹性变形的特点,建立了立铣刀加工薄壁叶片汽道内弧面的切削力模型,运用材料力学理论和有限元理论,应用ABAQUS软件模拟薄壁叶片汽道部分在加工过程中的变形量。通过设计正交实验,探讨了切削参数、刀具倾角以及薄壁叶片汽道内弧各个点对叶片变形的影响规律;采用线性回归的分析方法,建立了薄壁叶片汽道内弧面加工过程中变形量与各个因素之间的预测模型。研究表明:薄壁叶片变形量随着主轴转速、Y距离的增加而减小,随着进给速度、切削深度、加工倾角和X距离的增加而增大;薄壁叶片变形量预测模型拟合良好,最大拟合误差为22.855μm,最小拟合误差为0.140μm,平均误差为5.179μm。

汽轮机静叶片内背弧型线模型构建

汽轮机静叶片装配内背弧型面的加工是汽轮机静叶片关键工序之一。针对汽轮机静叶片装配内背弧型面的型线结构与加工特点,应用NURBS曲线的数学原理和积累弦长法反求型线设计的三要素(控制顶点、节点矢量、权因子),在保证静叶片内背弧型线的参数化设计条件下,使加工的质量和效率不受环境的影响,在满足加工精度和表面粗糙度的同时,通过参数型线法精确构建了静叶片装配内外背弧型线模型,为型线的拟合、拟合型线的算法、拟合型线误差的研究提供理论基础。

汽轮机静叶片出汽边铣削力模型分析

汽轮机静叶片汽道出汽边加工变形是影响加工质量的关键。分析汽轮机静叶片加工过程中出汽边薄壁部分变形,结合静叶片出汽边的加工工艺,研究球头铣刀在出汽边铣削中的几何加工特征,构建其铣削力模型。在MATLAB环境下,对铣削力模型进行模拟仿真,选取不同的切削参数,得出了切削参数对叶片铣削力变化的曲线图,为后续的切削参数优化提供了理论依据。

汽轮机静叶片内背弧型面线切割加工技术研究

汽轮机静叶片装配内背弧型面的加工是汽轮机静叶片关键工序之一。针对汽轮机静叶片结构特征及线切割加工工艺过程,从编程、拐角处理、加工参数设置、工件装夹等方面,研究了静叶片线切割加工技术,在满足加工精度和表面粗糙度的同时,提供了完善的加工技术,在生产应用中具有指导意义。

汽轮机薄壁叶片加工变形预测及误差补偿

针对汽轮机薄壁叶片的加工过程进行简化,建立了叶片加工过程中的切削力模型,在此基础上借助ABAQUS有限元模拟软件对叶片加工变形进行分析,建立了叶片加工变形预测模型。基于反向误差补偿原理,对叶片变形进行了误差补偿。采用NURBS曲线理论对获取补偿后的叶片数据进行优化处理,重构叶片模型。经验证,新构建的叶片模型能够有效减小误差,提高加工质量,为汽轮机薄壁叶片零件提高加工精度及降低变形量提供了一种可参考的误差补偿方法。

薄壁叶片加工变形误差补偿

为了减少薄壁叶片在加工过程中叶片变形引起的加工误差,提出了一种重构叶片模型补偿加工误差的方法。通过构建端铣刀切削力的数学模型,求解叶片在加工过程中切削力的大小,应用材料力学理论和有限元理论分析加工过程中叶片的变形量,根据镜像对称补偿方法,获取新的叶片截面数据云图。应用NURBS曲线理论,反求出数据云图的NURBS曲线数学模型,通过改变权因子、控制顶点等因素,对新建的叶片数据云图进行优化,求解叶片汽道的光滑截面曲线,实现叶片重构。通过模拟加工验证,原叶片模型的最大加工误差在84μm左右,重构的叶片模型加工误差小于10μm,为提高叶片加工精度奠定了技术基础。