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工业机器人加工铝合金材料深孔铣削工艺研究

工业机器人加工铝合金材料深孔铣削工艺研究

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作者：王凤雷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着现代科学技术水平与制造能力的不断提高,越来越多的大国重器包含了超大尺寸的复杂结构件的设计及加工需求,这些超大结构尺寸构件加工对现有加工设备允许的尺寸上限及其加工能力提出了挑战。工业机器人的高灵活性和扩展性使机器人移... 详细信息

随着现代科学技术水平与制造能力的不断提高,越来越多的大国重器包含了超大尺寸的复杂结构件的设计及加工需求,这些超大结构尺寸构件加工对现有加工设备允许的尺寸上限及其加工能力提出了挑战。工业机器人的高灵活性和扩展性使机器人移动加工成为大型构件制造的一种选择,并呈现出强劲的发展势头。然而工业机器人铣削系统因结构刚性弱,绝对定位精度低,致使其加工能力与加工精度并不理想的问题尤为突出。本文针对厚壁铝合金上开孔任务需求,拟定了采用工业机器人使用长悬伸刀具铣孔加工方案,为论证该加工方案的可行性,主要从刀具的选用、切削参数优化及走刀路径优选等方面开展深入研究。首先,本文建立了长悬伸刀具阶梯悬臂梁模型,分析径向铣削力、刀具直径和悬伸量对刀具挠曲变形的影响,优选刀具直径和悬伸量。通过建立螺旋刃立铣刀瞬态切削力模型,对铣削过程的铣削力进行预测,并通过铣削力实验优选刀具种类。针对长悬伸刀具受刀具偏心影响较大,致使刀具各齿切削力分布不均,影响铣削力预测精度的问题,进一步建立了存在刀具偏心时的瞬态切削力模型。通过仿真实验对比不同装夹方式下刀尖跳动对铣削力和变形量的影响,优选刀具装夹方案。其次,针对串联机器人刚性弱的问题,建立了机器人静刚度模型并通过实验辨识机器人关节刚度。建立了适用于开孔任务的锁牙式螺旋刃立铣刀面积寿命和面积去除率,以机器人铣孔过程中的加工效率高、刀具寿命长为目标,以工业机器人和长悬伸刀具基于刀具偏心瞬态切削力模型产生的最大变形为约束条件,基于NSGA-Ⅱ遗传优化算法对铣削参数进行了优化。最后,推导了摆线铣刀位轨迹方程,通过对比机器人摆线铣与槽铣的加工效果,优选摆线铣走刀轨迹。并针对机器人精铣孔壁时易出现的颤振问题,利用小波包变换和功率谱熵对机器人变切深侧铣进行了颤振监测,优选侧壁精铣参数。最终通过工业机器人加工铝合金法兰孔铣削实验,验证了本文所优化的深孔铣削工艺参数用于实际加工的可行性。

关键词：工业机器人铣削工艺参数优化长悬伸刀具

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闭式导叶轮的数控加工关键技术研究

闭式导叶轮的数控加工关键技术研究

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作者：刘军西南交通大学

学位级别：硕士

闭式导叶轮是核反应堆冷却剂循环泵（简称核主泵）中重要的能量转换部件,其加工质量直接影响着核主泵长期安全运行的稳定性和工作效率。由于闭式导叶轮不仅具有和叶轮叶片相似的复杂曲面特征,还具有深流道、窄空间、材料难加工的特点,... 详细信息

闭式导叶轮是核反应堆冷却剂循环泵（简称核主泵）中重要的能量转换部件,其加工质量直接影响着核主泵长期安全运行的稳定性和工作效率。由于闭式导叶轮不仅具有和叶轮叶片相似的复杂曲面特征,还具有深流道、窄空间、材料难加工的特点,其制造一直都是机械制造领域的难题之一。本文以闭式导叶轮多项关键数控加工技术为研究对象,从三维造型技术、数控编程技术、闭式导叶轮深流道加工工艺技术、刀具减振工艺措施和侧铣加工技术等方面进行了研究,主要完成了以下研究内容:（1）闭式导叶轮的三维造型技术在工程过程中,三维造型是实现数控加工和数字化制造的前提和基础,一旦出错,后面的工作将会失去意义甚至造成严重的经济损失。因此,三维造型技术的准确性显得十分重要。本文在研究自由曲线曲面造型技术和B样条的造型基础上,提出了闭式导叶轮的造型方法和步骤。经实践证明,该造型方法合理、有效。（2）闭式导叶轮的数控编程技术针对加工区域难划分,工件与刀具、刀柄、机床NC头易干涉碰撞等问题,从刀位轨迹规划及编辑、程序仿真等方面深入研究,提出了一种可加工区域的边界表示法和全尺寸的程序仿真方法。（3）深流道加工工艺技术针对闭式导叶轮的深流道、窄空间的几何特点,从刀具选型、刀具补偿和优化切削参数等方面研究出一套深流道加工工艺技术。从加工结果看,该技术可有效解决因刀具悬伸过长引起的刀具让刀、刀具振动剧烈的问题。（4）闭式导叶轮的侧铣加工研究对端铣法和侧铣法进行研究,重点研究了侧铣加工的多种算法,提出了一种适合半开式导叶轮的侧铣加工新方法——分段分片侧铣法。经实验验证,该方法有效、可行。进一步将该方法推广至闭式导叶轮,经反复分析,该方法应用于闭式导叶轮仍存在诸多问题,实用性较差。本文总结出了一套行之有效的闭式导叶轮数控加工关键工艺技术,通过在德玛吉DMU125P五轴加工中心上成功实现了我公司首台闭式导叶轮的整体数控加工,加工出的闭式导叶轮完全满足图纸要求,并顺利通过了业主的实验验证。本课题的研究成果可推广应用于其他结构类似的闭式叶轮和导叶轮制造。

关键词：闭式导叶轮三维造型数控编程深流道加工长悬伸刀具侧铣加工

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