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叶盘类零件在航空、航天发动机系统中起着至关重要的作用。采用闭式结构后,叶盘类零件的系统效率显著提升、结构整体性提高,同时可靠性得到增强。因此,闭式叶盘在航天及武器发动机中得到越来越广泛的应用。由于其流道半封闭的结构特点,给闭式叶盘的制造带来了新的挑战。相较于其它加工方法,多轴数控电火花方法具有工具电极可达性好、擅长加工高温合金等难切削材料、加工精度高等诸多优势,因而成为闭式叶盘加工的首选方法。本文针对闭式叶盘多轴联动电火花加工中技术,围绕CAD/CAM技术、电极损耗补偿、提高加工效率与稳定性的方法等几个方面的内容展开研究。 闭式叶盘多轴联动电火花加工CAD/CAM系统的核心是如何规划一条无干涉的、优化的电极进给路径。基于终位形面拷贝法加工原理,介绍了包括周向缩减、径向缩减和电极剖分等手段在内的电极设计策略,分析了该方法带来的拷贝误差。针对现有电极进给路径规划方法存在限制电极尺寸的问题,提出了基于动态规划方法的切向追随规划法。这一方法将电极进给路径规划问题分解为一系列离散阶段的电极位置姿态优化问题,通过预优化与再优化,获取电极最优位置姿态。实验结果显示,该方法可有效提高加工效率,降低电极消耗。通过NURBS插值,可为数控系统提供足够密集的电极位姿数据。以大型商用CAD/CAM软件 UG为二次开发平台,开发了闭式叶盘多轴联动电火花加工专用CAD/CAM系统。 如何对复杂运动路径下的成形电极损耗进行补偿,一直是困扰闭式叶盘电火花加工的难题。极间电场强度的变化是造成电极损耗不均的原因,通过理论分析,揭示了电极表面形面特征对极间电场强度的影响。通过工艺实验与数值模拟,构建了特定电极对材料及放电规准条件下的电极损耗系数与极间电场强度之间的关系。利用上述关系,结合运动路径,对成形电极损耗进行预补偿。实验表明,该方法能较准确地对闭式叶盘加工过程中产生的电极损耗进行预补偿。 提高加工效率及稳定性对闭式叶盘加工的实际应用意义重大。计算流体力学仿真结果与实验显示,电极进给过程中的前端摆动运动能有效改善加工稳定性,提高加工效率;随着电极进给的深入,在流道被加工贯通前,摆动运动对效率提升的程度达到顶峰。在运动自由度存在约束的前提下,对群电极加工多流道的运动路径进行规划,通过实验,证明该工艺可显著提升加工效率。 在闭式多轴联动电火花加工专用CAD/CAM系统的辅助下,完成了某型号火箭发动机高温合金闭式涡轮叶盘样件、某型号发动机钛合金闭式离心泵叶轮与闭式导向叶环的加工,全面验证了本文各项研究工作的正确性与有效性。