文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 叶片的形状和材料

1.3 叶片制造过程

1.4 国内外叶片表面磨削技术研究现状

1.5 叶片制造难点概述

1.6 本文的主要研究内容

第二章 叶片加工精度对其基本性能的影响

2.1 叶片表面粗糙度对其性能的影响

    2.1.1 叶片表面粗糙度模型的修正及其控制方程

    2.1.2 基于壁面函数修正模型的叶片性能分析

2.2 叶片加工误差对其性能的影响

    2.2.1 叶片的加工误差

    2.2.2 加工误差对叶片性能影响计算

2.3 本章小结

第三章 叶片表面轮廓拟合与机器人磨削加工

3.1 叶片轮廓和分区加工

3.2 机器人加工路径拟合模型

3.3 机器人的叶片表面加工路径生成

3.4 机器人的布置

    3.4.1 机器人夹持磨削工具

    3.4.2 机器人夹持叶片

    3.4.3 机器人组的应用

    3.4.4 机器人与砂带机组

3.5 本章实验

    3.5.1 叶片加工中的振动测试

    3.5.2 叶片表面磨削实验

3.6 本章小结

第四章 叶片表面加工中的接触及磨粒群行为

4.1 叶片加工中的接触模型

    4.1.1 叶片表面与磨削工具的接触模型

    4.1.2 加工中叶片接触力分布和模型求解

4.2 磨削工具中的磨粒群特性

    4.2.1 磨粒群的行为和其本构模型

    4.2.2 磨粒颗粒之间的接触

4.3 叶片磨削加工数值模拟

    4.3.1 叶片与磨粒的微元模型

    4.3.2 叶片加工仿真结果分析

4.4 磨削工具中磨粒群颗粒的微观行为仿真

4.5 本章实验

    4.5.1 叶片和磨削工具接触力的测量

    4.5.2 基于接触力控制的叶片表面磨削实验

4.6 本章小结

第五章 叶片表面加工工艺参数化模型

5.1 磨粒颗粒的磨损

    5.1.1 磨粒磨损的分段

    5.1.2 磨粒群材料去除能力

5.2 叶片表面磨削的参数模型

5.3 数值模拟和结果

    5.3.1 叶片表面建模和边界条件

    5.3.2 叶片固定状态下的计算结果

    5.3.3 叶片作进给状态下计算结果

5.4 本章实验

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

作者简介

1 作者简历

2 攻读博士学位期间发表的学术论文

学位论文数据集

文章摘要:航空发动机叶片的叶形面质量对于发动机整机性能具有重要影响,复杂的叶片叶型设计满足了对叶片的空气动力学要求的不断提升,也给叶片加工制造带来了很大困难。专用的叶片数控磨削机床的使用提高了叶片加工的效率和精度,但由于叶片种类繁多,且大多数处于不断改进和变化,专用叶片数控磨床尚很难适应所有的叶片磨削加工。关节型机器人用于航空发动机叶片的加工,已引起领域内的重视,鉴于应用机器人进行叶片表面磨削,具有一定的技术优势,因此,具有很好的发展前景。本文面向航空发动机叶片制造技术发展需求,开展航空发动机叶片机器人精密磨削加工相关理论和关键技术研究,主要研究内容和成果如下。（1）基于表面粗糙度模型理论描述发动机叶片的表面质量、表面的微观形貌特征,通过数值模拟的方法,对某型叶片的平面叶栅进行流场分析,设置不同的叶片与气流交界面的壁面函数,获得若干组计算结果,与光滑表面的叶片流场模拟值进行比较,得到兼顾叶片性能和经济效益的表面粗糙度值。根据叶片成型的原理和叶片积叠面的几何特点,对叶片的加工误差进行研究,分析这些误差存在的形式和所处位置,指出加工方法的不足成为误差来源的可能性。选取某航空发动机第二级压气机基元级的平面叶栅作为研究对象,通过数值计算的方法,定量分析了各种误差所造成的负面影响。（2）研究基于机器人对叶片进行分区域磨削加工的技术方法,利用机器人执行端拟合叶片的复杂表面,以完成叶片毛坯的磨削。使用样条曲线拟合叶片毛坯的轮廓曲线,并根据叶片截面轮廓曲率判断被加工区域的属性,以此划分加工区域。研究机器人夹持磨削工具或夹持叶片工件的工作模式,针对不同特点的叶片和不同的加工需求,提出了四种基于机器人的叶片表面磨削方案及其机器人的布置方案。对基于机器人的叶片表面磨削加工的空间曲面拟合、路径规划技术进行了实验验证。（3）从宏观尺度和微观尺度两方面对叶片表面磨削中的接触形态和接触力展开研究。在宏观方面,提出基于接触理论的叶片表面与磨削工具的接触模型;在微观方面,选取带有铣削纹理的叶片表面微元和粘附有磨粒颗粒群的磨削工具微元进行研究,从理论上建立了相关数学模型,且使用数值模拟方法对接触力进行了仿真分析。研究磨粒群颗粒的行为特点,用剪胀理论阐述磨削过程中磨粒群的受力和变形、逃逸失效等行为,建立了磨粒颗粒的接触力传递模型,并进行了仿真分析。建立了砂带机接触轮与叶片表面接触力的测量装置,基于机器人夹持小型砂带机、变位器夹持叶片工作模式进行了叶片磨削实验。（4）针对长时间加工叶片的磨削工具,研究其磨粒对材料去除能力的衰减因素,以保证叶片表面质量的一致性。依据磨粒的磨损程度确定磨削工具的寿命,将磨粒的磨损进程分为三个阶段,分别对三个阶段的磨粒磨削能力进行了数值模拟分析,将仿真获得的数值代入参数模型,计算出模型所预测的参数,通过实验获取实测参数值,并与仿真值进行对比,评估参数模型的稳定性和准确度。