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叶片是航空发动机最为核心的零件,被誉为“心脏中的心脏”。叶片通常工作在高温高压的恶劣环境下,使用一段时间之后,可能会出现不同程度的缺陷和损伤,如裂纹、磨损、腐蚀和蠕变缩孔等。在发动机维修手册中,推荐对有修复价值的叶片利用高能束焊接对其进行堆焊修复,但对焊接修复后叶片的强度、尺寸精度、抗疲劳等性能要求十分苛刻。因此,需要可靠的自动焊接装备用于叶片的维修。由于叶片复杂的曲面形状,需要自动焊接装备能够直接对叶片的参数化曲线曲面进行插补。目前,叶片的参数化曲线曲面表示常用非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline,简称NURBS)进行表示。NURBS具有设计灵活、算法稳定等优点,在众多参数曲线中脱颖而出,它使得有关曲线曲面的设计、分析与计算达到了很高的水平,大大加速了其在机械加工领域的应用。NURBS这一先进技术已成为研究的热点与难点。 论文提出的利用叶片的焊接过程分析对焊接速度进行优化的方法,可以获得较好的焊接速度,减小焊接残余应力和焊接变形,同时作为焊接路径规划的一个依据。提出的结合弓高误差和泰勒公式的NURBS曲线插补技术,可以直接表达复杂的叶片焊接路径曲线,并对路径进行自动插补,提高叶片焊接的精度,也可以提高CNC系统的轨迹表达能力和插补能力。 主要工作:对叶片进行三维建模和相关处理,之后对处理的叶片模型进行焊接过程仿真,分析温度场和应力场的结果,结合叶片材料的Goodman曲线,优化焊接参数,获得最优的焊接速度;通过NURBS曲线数学模型,并根据实验数据和优化的焊接速度,建立复杂的叶片焊接路径曲线;利用焊接速度和泰勒展开法对曲线参数进行密化,得到参数增量,通过参数增量逐步实现对焊接路径的曲线插补过程,最终获得路径曲线上每个点与参数或时间的一一对应关系,完成轨迹规划。通过Simufact-welding对叶片进行三维焊接仿真模拟,最后利用Matlab模拟曲线插补过程,分析插补精度和参数增量的关系,对比泰勒展开法和利用弓高误差修正的泰勒展开法的实验结果,验证利用弓高误差修正的泰勒展开法具有较高的轨迹特征,并最终获得轨迹规划曲线。