叶片双面恒压力磨抛关键技术研究

【摘要】随着科学技术、市场经济以及装备制造业的大力发展，叶片作为能源、动力、航空航天领域的关键零件，对叶片复杂曲面的加工提出了高型面精度、高加工效率、高磨抛质量和柔性加工的要求，其表面加工质量和几何精度直接关系到能源动力设备的性能和效率。叶片作为透平机械中非常重要的零件，是透平机械的心脏，目前叶片加工一般采用铸造或精锻、铣削加工、磨抛加工相结合的方式，而磨抛加工是提高加工质量和型面精度的重要步骤。结合叶片类零件结构和磨抛加工的特点，吉林大学智能精密制造研究所研发了一台叶片双面同步高效磨抛机床，该机床可以对叶片双侧型面同步加工，大大提高了磨抛加工效率，双面受力有效避免了加工中的变形。本文以叶片双面同步高效磨抛机床为基础，根据叶片曲面的加工要求，研发了一套具有曲面适应性的恒压力磨抛工具系统，从而提高叶片复杂曲面型面精度和磨抛质量。本文主要从恒压力工具系统结构设计、控制系统硬件搭建、恒压力控制系统软件研发和磨抛实验几个方面开展恒压力磨抛关键技术的研究工作。由于磨抛压力是影响叶片表面质量、砂带磨损和加工精度的主要因素，恒定的磨削压力可以很好的适应叶片复杂曲面变化，避免复杂曲面磨抛不均匀的现象，提高型面精度，延长砂带寿命。本文研发了一套恒压力砂带磨抛工具系统，以砂带作为磨削和抛光的工具，采用环磨的磨削方式，利用气动比例磨抛压力控制机构，通过力位解耦，在磨抛过程中实现柔性接触轮与叶片复杂曲面弹性接触以及保持恒定压力磨抛的目的。本文根据恒力磨抛工具系统各元器件的空间位置关系以及砂带张紧力在水平方向分力对磨抛压力的影响，通过力-位解耦建立磨抛压力数学模型，这是实现磨抛压力精确控制的关键，从而为恒压力控制系统软件研发奠定基础。根据恒压力砂带磨抛工具系统对线速和磨削压力控制功能的要求，本文采用了PC机+USB1020运动控制卡和USB-4711A数据采集控制卡形式的硬件体系。控制系统硬件分为运动控制系统和数据采集控制系统，运动控制系统包括USB1020运动控制卡和交流伺服系统，数据采集控制系统包括USB-4711A数据采集卡、电气比例阀、减压阀和传感器。对运动控制系统重点研究了运动控制卡的结构、特性和功能。对于数据采集控制系统重点研究了研华数据采集模块的特性和功能以及合理配置软件参数以满足数据采集控制的要求。控制系统软件具有良好人机操作界面，包括上位机软件和系统软件两个部分。上位机软件的开发是基于VC++环境进行开发的，结合控制系统软件功能的设计和分析，把软件功能分为了手动控制、参数设置、数据采集和保存、信息显示、磨抛压力控制五个部分。通过调用研华设备的库函数实现上位机软件对USB-4711A的各项操作，实现了磨抛数据的实时采集、动态曲线显示、模拟量数据的保存和磨抛压力补偿功能。系统软件可以对数据采集卡的输入输出进行参数设置和测试、可接收在线指令并执行相应操作。本文基于叶片双面磨抛机床和恒压力磨抛工具系统完成了磨抛压力控制效果验证和影响磨抛表面质量因素的实验研究，实验结果表明本课题研发的恒压力磨抛工具系统能够比较精确的控制磨抛压力，基本满足磨抛精加工对磨抛压力控制的要求，获得了各影响因素对表面粗糙度的影响规律。
【作者】唐洪峰；
【导师】张雷；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】叶片；恒压力磨抛；力位解耦；工具系统；控制系统；

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