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整体叶轮五轴数控粗加工编程技术研究.pdf 76页
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南京航空航天大学
硕士学位论文
整体叶轮五轴数控粗加工编程技术研究
姓名：戚家亮
申请学位级别：硕士
专业：航空宇航制造工程
指导教师：安鲁陵
南京航空航天大学硕士学位论文
整体叶轮是航空发动机的核心零部件，其结构复杂，加工难度大。五轴数控加工制造精度
高，加工效率高，柔性好，是制造整体叶轮的常用方法。本文研究了整体叶轮五轴数控粗加工
的编程技术，其主要内容及研究成果如下：
设计了整体叶轮粗加工工艺。根据整体叶轮结构特点，研究了叶片弯扭度、最大叶高和流
道最小宽度的计算方法，分析了流道的刀具可达性和可加工性。基于叶轮粗加工特点以及插铣、
侧铣等加工方法工艺特征的分析，提出了“插铣流道+侧铣叶片”粗加工方案，给出了刀具和
加工参数的确定方法。
研究了叶轮流道插铣加工的刀位轨迹生成算法。给出了自由曲线单侧包络直线的一种新求
解算法，使得自由曲线上各点到包络直线的距离均匀分布。在此基础上，确定了流道插铣加工
的无过切可铣域，给出了插铣走刀步长、铣削行距和刀位的计算方法，并按“之字形”走刀策
略规划了刀位轨迹。
研究了叶片侧铣粗加工的刀位轨迹生成算法。给出了叶片侧铣粗加工刀轴驱动面的确定方
法，通过侧铣加工的误差分析，给出了侧铣走刀步长和加工刀位的计算方法。
采用本文给出的叶轮粗加工刀位轨迹规划算法，利用 UG/Open
API 接口函数，在 Visual
C++6.0 编程环境下，开发了叶轮粗加工功能模块。以某型号发动机整体叶轮为例，应用该功能
模块生成了叶轮数控粗加工刀位轨迹，完成了叶轮加工仿真，并验证了所设计刀位轨迹生成算
法的有效性。
关键词：整体叶轮，粗加工，插铣，侧铣，刀位轨迹，单侧包络直线
整体叶轮五轴数控粗加工编程技术研究
Integral impeller is a core component of an aero-engine. It is complex in shapes and structures,
and is difficult to machine. Five-axis NC machining is precise, efficient and flexible, which becomes
manufacturing
technology of the integral impeller. The main content and results of this paper are as follows:
structural
characteristics of impeller, the calculation methods for the bending and torsion of impeller blade, the
maximum blade height and the minimum impeller tunnel width are studied, and tool accessibility of
tunnel and machinability are an
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钛合金整体叶轮控加工弹性变形控制技术研究.pdf 68页
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钛合金整体叶轮控加工弹性变形控制技术研究
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A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
The Research on Elastic Deformation Control Technology for NC
Machining Titanium Alloy Integral Impeller
Yan Longzhi
Mechanical Engineering
Supervisor
Professor Ding Han
Associate Professor
Zhang Xiaoming
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan, Hubei 430074, P. R. China
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究
成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已
经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确
方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留
并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授
权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采
用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在
年解密后适用本授权书。
本论文属于
不保密□。
（请在以上方框内打“√”）
学位论文作者签名：
指导教师签名：
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
整体叶轮是航空发动机的核心零部件，其加工质量及精度关系到发动机的性能。五
轴联动数控加工是整体叶轮的主要加工方式，钛合金整体叶轮的加工不仅具有刀路编程
方面的难点，还存在刀具磨损严重、容易产生弹性变形、颤振及加工效率低等问题。本
文针对钛合金整体叶轮精加工中叶片弹性让刀造成的加工精度低、表面质量差等问题进
行研究，提出半精-精混合走刀策略及基于叶片刚度的精加工进给速度优化方法，大幅
度减小加工误差、提高表面质量。具体研究内容包括：
(1) 分析了某型钛合金整体叶轮的结构特点及加工难点，设计了加工工艺方案，并
进行了基于VERICUT 的整体叶轮数控加工仿真。
(2) 建立了整体叶轮单叶片有限元模型，分析切削力大小、切削位置及加工余量对
叶片弹性变形的影响，并根据结论提出了两种减小复杂曲面整体叶轮叶片加工弹性变形
的方法：半精-精混合走刀策略、切削参数优化方案。
(3) 提出了基于
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基于hyperMILL的半开式整体叶轮五轴数控编程与加工技术
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