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钛合金风扇叶片的制造精度对涡扇发动机的性能有重要影响,现有风扇叶片存在加工余量分布不均、毛坯尺寸差异大的问题,为提高其制造精度与效率,需研究针对叶片毛坯尺寸的自适应加工方法。本文结合钛合金风扇叶片的自适应加工需求,提出适应叶片外形特征的配准算法,并将加工余量约束条件纳入配准模型中,进一步提出了约束配准算法,实现了叶片毛坯的自动定位与余量优化分配。配准完成后,对叶片加工刀轨进行非刚性变换,使加工区域与非加工区域光顺转接,避免叶片进排气边台阶的产生。主要完成了以下工作:(1)刚体快速精确配准基础算法研究研究并改进了现有配准算法的精度与效率,提出适应叶片外形特征的配准算法。改进了主元素分析法,修正了可能反向的主方向,解决了主元素分析法配准反向的缺陷。改进了迭代最近点算法,基于kd-tree重建了点云拓扑结构,提升了搜索最近点的效率。使用改进后的主元素分析法进行粗略配准,将粗略配准结果作为改进后的迭代最近点算法的输入,避免了错误的收敛结果并提升了迭代效率,实现了点云的快速精确配准。(2)基于约束配准的叶片加工余量优化分配利用基本约束配准算法对毛坯可加工性进行分析,针对叶片毛坯扭转误差较大的问题,计算毛坯沿积叠轴方向的扭转变化曲线,依此对叶片理论模型进行了修正。将毛坯不同部位的加工余量和容差约束条件纳入约束配准数学模型,进一步地提出复杂约束配准算法,在毛坯余量和容差约束条件下实现了毛坯的自动定位。(3)基于非刚性变换的叶片加工轨迹优化利用Bezier曲线曲面的性质,构造分别与刀位点和毛坯实测数据二次连续的Bezier曲线曲面,并依据该曲线曲面调整刀位点,使得刀位点与毛坯外轮廓光顺转接,避免了铣削进排气边产生的台阶。计算调整后的刀位点外法矢,施加刀具偏置,得到刀头球心位置,生成最终刀轨。(4)平板试验件进排气边铣削验证实验对叶片平板试验件进行了进排气边的铣削实验,结果表明:本文提出的刚体快速精确配准算法能够迅速准确地配准毛坯实测数据与理论模型,约束配准算法对进排气边的加工余量进行了优化分配,变换后的刀轨使得加工后的进排气边与叶身区域光顺转接,避免了台阶的产生。