【摘 要】
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整体叶盘是航空发动机的关键零部件之一,其加工方法以五轴数控铣削为主。整体叶盘结构复杂,主要采用高温合金、钛合金等难加工材料,在数控加工中,刀路轨迹生成难度大,刀具磨损严重。刀具成本高、加工效率低是整体叶盘加工中普遍存在的问题。为此,提高加工效率和刀具的使用寿命已成为整体叶盘数控加工工艺研究的一个主要方向。整体叶盘从锻件毛坯到成品的材料去除量达到80%以上,流道粗加工过程中的材料去除量最大。因此,很
【基金项目】
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国家自然科学基金:“叶片高速切削的刀具-工件交互过程阻尼和非线性动力学研究”（项目号:51775211）; 国家重点研发计划变革性技术关键科学问题:“大型复杂构件多机器人装备智能协同加工理论与方法”（项目编号:2019YFA0706703）; 横向项目:“KF7整体叶轮叶盘物理仿真加工技术研究”
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整体叶盘是航空发动机的关键零部件之一,其加工方法以五轴数控铣削为主。整体叶盘结构复杂,主要采用高温合金、钛合金等难加工材料,在数控加工中,刀路轨迹生成难度大,刀具磨损严重。刀具成本高、加工效率低是整体叶盘加工中普遍存在的问题。为此,提高加工效率和刀具的使用寿命已成为整体叶盘数控加工工艺研究的一个主要方向。整体叶盘从锻件毛坯到成品的材料去除量达到80%以上,流道粗加工过程中的材料去除量最大。因此,很有必要对整体叶盘流道粗加工策略及参数优化方法进行研究以提高加工效率。本文重点研究了整体叶盘流道数控加工高效路径生成及工艺参数优化方法,基于UG（Unigraphics UG）平台开发了相应的软件模块并进行了加工实验验证。主要研究内容包括:1.提出了一种整体叶盘流道粗加工摆线路径规划方法,具体包括UV参数域中摆线模型的建立,基于等弦高法和参数法确定刀位点的步长和行距,利用布尔运算求取刀轴沿参数方向变化的可行域,最后通过四元数法对极限矢量进行插值获得无干涉且光顺的刀轴矢量。2.建立了球头刀摆线加工的五轴铣削力预测模型,基于布尔运算和边界投影法确定切削区域和瞬时切削厚度,通过最小二乘法对多组标定实验的结果进行分析,并计算出铣削力系数,在此基础上对摆线铣削的铣削力进行仿真,并通过约束每行摆线的峰值力对进给速度进行优化。3.基于UG二次开发,通过调用各应用模块和API（Application Programming Interface）函数,对摆线路径生成、铣削力建模及优化算法进行实现,开发了相应的软件模块。4.进行了整体叶盘流道的数控加工实验,验证了摆线铣削路径和进给优化的可行性,并且对比了侧铣、层铣的加工效率和刀具磨损情况,进一步说明了摆线铣削策略的在叶盘流道加工中的优势。
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