精铸整体叶环叶片尾缘几何自适应加工关键技术研究

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整体叶环作为航空发动机的核心零部件,相对于传统榫头与榫槽的结构,具有重量小、空气动力性好、可靠性高等优点,在航空航天领域具有广泛应用。整体叶环在使用精密铸造成型技术进行制造时,其叶片型面尺寸精度和表面质量已经能够满足使用要求,但叶片尾缘处由于半径小、曲率大,难以一次铸造成型。需要使用铸造、铣削复合工艺方法对叶片尾缘进行自适应加工。本文就整体叶环的装夹误差、实际毛坯与设计模型的形状偏差,提出一整套自适应铣削加工方案对两种偏差进行补偿,实现叶片尾缘的铣削精加工。针对整体叶环工件的装夹误差,本文通过接触式在机测量获得工件位置信息,从而实现工件的快速装夹。对测头运动轨迹、测头接近方向和测杆轴向进行定义,实现在机测量的路径规划。针对工件具体情况,本文使用一种基于迭代测量和各自由度分开找正的算法实现工件的快速装夹。分别对基于点对距离的找正、沿固定轴平移的找正、绕固定轴转动的找正和刚体平移的找正算法进行分析讨论和求解。针对由于铸造误差而导致的实际毛坯与设计模型存在偏差的情况,本文基于测量数据对设计模型进行修正得到符合实际毛坯形状的零件模型。基于等参数线上测量点的拟合偏差,实现待测曲面的测量点规划,以尽可能少的点代表待测曲面。对待铣削边界进行提取并通过对测量偏差分量进行三次多项式拟合完成待铣削区域加工后的曲面模型构建。为了降低测量误差,对测量数据进行点云匹配,针对经典ICP算法在使用局部数据进行匹配可能出现的错误情况,本文提出一种增加点对距离约束的变种ICP算法。通过精确自由变形技术对理论模型进行修正得到实际曲面。针对刀路修正,本文对等参数映射、法向投影映射和等弧长映射三种刀路变换方法及其误差进行探究,基于自由曲面变形参数保持不变的特点本文选取等参数映射对理论刀路进行修正,得到实际刀路。最后进行的仿真实验与试切实验验证了本文所使用自适应铣削加工方案的可行性。
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