發(fā)布時間：2017-12-01 09:00

  本文關(guān)鍵詞：串并混聯(lián)葉片磨拋機(jī)床整機(jī)性能分析

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【摘要】：葉片廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、渦輪機(jī)、航空發(fā)動機(jī)等推進(jìn)系統(tǒng)。作為關(guān)鍵部件之一，葉片的設(shè)計(jì)和加工直接影響系統(tǒng)性能的發(fā)揮。為了滿足流體動力學(xué)要求，葉片多為復(fù)雜的空間自由曲面，由多個截面線掃掠、扭轉(zhuǎn)而成。葉片工作環(huán)境比較惡劣，長期承受高溫、高壓、復(fù)雜應(yīng)力。因此葉片的型面設(shè)計(jì)除滿足流體動力學(xué)以外還需滿足剛度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、壽命等一系列要求。葉片的設(shè)計(jì)是一個復(fù)雜的過程，不斷往復(fù)循環(huán)，使各種設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到平衡。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CAD和計(jì)算機(jī)輔助工程軟件CAE的普及，葉片的型面設(shè)計(jì)日趨成熟和完善。良好的型面精度不僅能夠使系統(tǒng)性能得到最大發(fā)揮，還能夠使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、壽命長。葉片在加工過程中需滿足兩方面要求：形狀精度和表面質(zhì)量。葉片上比較小的缺陷都會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動、噪音、壽命降低，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致整個系統(tǒng)產(chǎn)生破壞。葉片加工過程為：鑄模/鍛造-粗銑-精銑-精拋。精拋是為了使葉片獲得更好的表面質(zhì)量。傳統(tǒng)的加工過程中，精拋一般為工人手工完成。人手能夠感知葉片紋理和缺陷，調(diào)節(jié)磨拋?zhàn)藨B(tài)，切削力穩(wěn)定，切削量均勻。然而手工磨拋會產(chǎn)生大量的細(xì)小粉塵和噪音對工人的身體健康造成傷害。葉片的磨拋質(zhì)量取決于工人的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)，磨拋效率低，勞動力成本較高。同時，加工工序比較分散，無法實(shí)現(xiàn)自動化加工。 為了實(shí)現(xiàn)葉片磨拋?zhàn)詣踊庸ぃ瑢⒐と藦膼毫庸ぷ鳝h(huán)境解放出來，課題組開發(fā)了串并混聯(lián)葉片磨拋機(jī)床。機(jī)床采用串并混聯(lián)方式構(gòu)型，既能繼承傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)床控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，又能發(fā)揮并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度高、精度高、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。串并混聯(lián)機(jī)床能夠提取工人手工磨拋技藝，，仿生人手手腕調(diào)節(jié)葉片和刀具之間的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒力均勻磨拋。機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z、A、B五個自由度運(yùn)動，X、Y、Z向運(yùn)動調(diào)整葉片和磨拋工具之間位置，A、B向運(yùn)動調(diào)整葉片和磨拋工具之間的姿態(tài)。 本文在國家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，完成了串并混聯(lián)葉片磨拋機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件加工、裝配。目前機(jī)床正在調(diào)試、電氣系和控制統(tǒng)連接、測量。 根據(jù)葉片形狀和成型特點(diǎn)，分析葉片成型所需自由度，確定機(jī)床運(yùn)動方式。綜合傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，確定機(jī)床的構(gòu)型方式為串并混聯(lián)式。并對機(jī)床的主要功能部件（并聯(lián)機(jī)構(gòu)、磨拋工具、原位測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹。 利用有限元分析軟件對機(jī)床進(jìn)行靜力學(xué)分、模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。根據(jù)靜力學(xué)分析結(jié)果來分析機(jī)床受靜力狀態(tài)下的剛度和強(qiáng)度。機(jī)床模態(tài)分析得到機(jī)床前十階固有頻率和振型，為合理選擇切削速度避免機(jī)床產(chǎn)生共振提供了數(shù)據(jù)支持。諧響應(yīng)分析獲得機(jī)床受簡諧力時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)情況。 以多體系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)建立串并混聯(lián)葉片磨拋機(jī)床幾何誤差綜合分析模型。該模型考慮了各軸的定位誤差、直線度誤差、角度誤差以及各軸之間的垂直度誤差、平行度誤差的綜合作用。利用MATLAB驗(yàn)證了該模型的有效性和正確性，為后續(xù)誤差補(bǔ)償提供了理論支持。 借助激光干涉儀對X、Y軸定位誤差、直線度誤差、俯仰角誤差、偏擺角誤差進(jìn)行測量。根據(jù)測量獲得的大量數(shù)據(jù)得出各項(xiàng)誤差分布情況。將測得的幾何誤差帶入誤差模型，聯(lián)動X、Y軸在XOY平面做圓形插補(bǔ)運(yùn)動，在MATLAB平臺上分析綜合誤差在空間分布情況。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，機(jī)床綜合誤差沿空間軸向分量主要受對應(yīng)軸的定位誤差影響最大。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG58

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本文編號：1240534