叶片抛磨表面粗糙度优化预测模型及实验研究

抛磨作为提高叶片表面质量的最后一道工序,能够显著提高叶片表面完整性,表面粗糙度是衡量叶片抛磨后表面完整性最重要的技术指标。采用六自由度机器人+百叶轮弹性磨具对叶片进行抛磨加工,首先采用单因素实验法分析了影响叶片表面粗糙度的主要工艺参数,接着采用正交试验得出了叶片抛磨加工的优化工艺参数区间,最后采用非线性回归模型对表面粗糙度进行了预测。实验验证结果表明,影响叶片表面粗糙度的主要工艺参数依次为百叶轮目数、接触压缩量、抛磨循环次数和机器人进给速度,采用川崎RS20N机器人抛磨某型号精铸汽轮机叶片,优选区间为百叶轮目数（200～600）#之间,接触压缩量为（0.2～1.2）mm,抛磨循环次数为（2～4）次,进给速度为（0.1～0.4）mm/s,在优选工艺区间进行加工,表面粗糙度均低于0.4μm,预测模型和实际抛磨结果误差率低于10%,表明该预测模型能够为实现叶片抛磨工艺参数在线控制和调整提供理论依据。     

汽轮机叶片振动特性的三维有限元分析

提出汽轮机叶片静频和动频的计算方法，引入三维８节点非协调单元，建立了叶片的三维有限元分析模型，并考虑了长叶片几何非线性变形对频率的影响。最后对两个实际叶片的振动特性进行了计算分析，计算结果与试验结果吻合良好。     

一种面向叶片的机器人抛磨轨迹规划方法

为了实现对叶片的自动化抛磨加工,提高抛磨质量,提出了一种面向叶片的机器人抛磨轨迹生成方法。该方法在传统的分层切片算法的基础上改进了交点追踪方式,使生成的轨迹更加完善,效果更好。通过CAD/CAM技术对叶片进行建模,生成叶片的三角网格模型。对该模型进行分层切片处理,得到抛磨运动轨迹。在此基础上,确定机器人抛磨姿态并进行运动学逆向求解,得出机器人各关节运动转角。仿真与实验结果表明,该抛磨轨迹规划方法,可以有效提高叶片工件表面加工质量。     

透平叶片固有频率和振型的测试方法分析

以透平叶片为研究对象,采用LMS系统对叶片的静频和振型进行了测试。单只叶片的试验测试结果与数值计算结果吻合良好,说明所提供的叶片分析模型和静动态分析方法具有良好的工程精度,验证了有限元计算的准确性。结果显示,装配后叶片固有频率的分散度加大,因此在以后的装配过程中,需要对装配后各叶片固定力进行控制;如果控制难以实现,则必须对装配后的叶片的固有频率进行测试,使固有频率及其分散达到设计要求,为此类叶片的结构优化或性能优化以及叶片的再设计提供理论依据。     

基于阻抗模型的工业机器人磨抛柔顺控制

以型面尺寸精度与表面质量控制为目标的航空发动机叶片磨抛加工是叶片制造过程中的关键技术和难题。基于机器人磨抛执行器系统结构,文中采用基于位置的阻抗控制策略建立了磨抛执行器的柔顺控制系统,采用李雅普诺夫法分析机器人磨抛执行器的系统稳定性,实现了叶片磨抛加工过程中磨抛力的柔顺控制。实验结果表明,该方法能有效提高叶片表面磨抛加工质量。     

松拉金成组叶片动应力分析

提出了采用瞬态动力分析计算松拉金成组叶片动应力的方法。首先采用瞬态动力分析与最大熵谱分析相结合的方法计算松拉金成组叶片的动频,然后采用频率扫描法,在叶片上加上频率与成组叶片一阶动频相同,以及高于一阶动频1 Hz和低于一阶动频1 Hz的简谐载荷,进行松拉金成组叶片的瞬态动力分析,求得结构在共振载荷作用下的瞬态动力响应后,再在其位移峰值点进行子结构的扩展分析,求得叶片的动应力。这样通过频率扫描,求得叶片的动应力曲线。提出的方法未对松拉金与叶片的连接作任何简化和假定,直接建立松拉金与叶片间的摩擦接触模型,该模型真实地反映了松拉金成组叶片中拉金与叶片相互作用的特性,对此模型进行瞬态动力分析,计算其动应力,其计算结果更为真实、可靠,为松拉金成组叶片动应力计算提供了一种准确、可行的数值计算方法。     

叶片机器人砂带磨抛的轨迹规划研究

为了提高叶片磨削的加工质量和效率,将机器人和砂带磨削技术相结合,并应用到叶片加工领域中,介绍了该系统的特点和工作流程。比较了多种加工轨迹生成技术,确定采用等弦高误差法和等残留高度法,作为机器人磨削加工中步长和行距的计算方法。针对上述两种方法在叶片加工中存在的缺陷,对其做出了相应的改进;为了对改进后的算法进行评价,进行了手工磨抛和机器人磨抛两种加工方式的对比试验。研究结果表明,在粗糙度和表面一致性方面机器人加工明显优于手工加工,试验验证了机器人加工的可靠性和算法的有效性。     

面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究

针对机器人砂带磨抛复杂曲面叶片问题,对叶片内外型面和进排气边的磨抛路径规划及后处理技术进行了研究,对复杂曲面叶片的机器人砂带磨抛路径规划的计算效率及加工效率进行了分析,提出了一种将基于等残留高度法的笛卡尔空间计算的磨抛行距转化为参数域空间的磨抛行距的方法,并将机器人砂带磨抛复杂曲面叶片接触轮的中心坐标位置、支撑轴矢量以及轴线矢量数据后处理为机器人的位姿信息,利用机器人砂带磨抛系统装备实验平台对复杂曲面叶片进行了实际的加工实验。研究结果表明:所提出的刀路规划和后处理技术能够有效地解决机器人砂带磨抛复杂曲面叶片的问题,具有加工路径总长短以及路径条数少的特点,计算简单、加工效率高、加工表面质量好。     

4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究

砂带抛磨作为复杂曲面叶片精密加工的最后一道工序,其加工质量直接影响叶片的服役性能和寿命。传统6自由度机器人多关节串联具有明显的弱刚性,在末端夹持大型叶片时抗变形能力欠佳。为此,文章自主设计研发了4+2自由度叶片抛磨专用机器人系统,并开展复杂曲面叶片抛磨轨迹规划方法研究。首先基于D-H法建立该机器人运动学模型,进行机器人运动学的正、逆解的求解;其次给出了综合考虑抛磨工具与工件曲率的干涉、刀路轨迹行距和轨迹点密度对残留高度的影响规律的轨迹规划方法,建立了2个单元的协同运动模型保证叶片的加工实现;最后通过叶片抛磨轨迹数控程序验证了所获得的抛磨轨迹的正确性。     

电火花在烟气轮机叶片加工中的应用

我厂生产制造烟气轮机已20多年,其关键零件动叶片的加工一直采用传统的加工工艺,即粗抛、精抛型面均采用手工抛磨.这种方法劳动强度大、粉尘多、安全系数低、质量不易控制.为了提高动叶片的加工质量、减少工人劳动强度、改善加工环境,采用了电火花成型加工来代替传统的手工粗抛磨加工.     

叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工,对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先,通过平行截面法获得抛磨路径割线,以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着,提取曲线特征参数,根据设定的阈值进行抛磨点规划,再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划,从而得到完整的抛磨路径。然后,将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后,搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明,此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工,测得表面粗糙度分别为0.695~0.930μm和2.803~3.243μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划,使工具和工件保持最大接触,从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。     

混流式水轮机转轮叶片频率可靠性分析

以混流式水轮机为研究对象,应用有限单元法建立转轮叶片的动力学方程,根据转轮叶片的频率方程计算转轮叶片的固有频率,依据水流激励频率与转轮叶片固有频率之差在规定范围内的关系准则,推导转轮叶片的共振失效概率和可靠度的计算公式,并通过实例对混流式水轮机转轮叶片的频率可靠性进行分析.     

高炉煤气余压发电透平机转子叶片的断裂分析

为分析研究透平机转子叶片的损坏机理,提高叶片使用可靠性,依据高炉煤气余压、余热发电透平机转子叶片的结构设计、加工工艺、叶片的测频、使用工况等条件,对该装置的转子-轴承系统的临界转速、振动特性进行了分析。通过计算分析,转子系统的振动特性符合有关旋转机械转子系统整体振动的设计规范;叶片的静态应力水平符合所用材料的许用应力;叶片的固有频率与工作时的激励频率有足够的避开量。分析结果为该设备的失效原因提供了理论根据,提高了设备日常维护工作的有效性。     

基于灰色关联度分析响应面法的橡胶软模端面抛磨表面粗糙度预测

为解决复合材料加筋壁板上筋条与蒙皮配合间隙不均匀的问题,需在刚模表面上粘贴橡胶软模,并通过抛磨橡胶软模来消除配合间隙,然而,若打磨参数选择不当,则橡胶软模表面易起毛,致使粗糙度值过大,易吸附磨屑粉尘。针对上述问题,搭建了一套基于机器人的橡胶材料除尘端面打磨系统,探究了磨粒粒度、磨头转速、打磨压力、离边距离等打磨参数对表面粗糙度的影响规律。提出一种基于灰色关联度分析响应面法的机器人橡胶垫抛磨表面粗糙度预测方法,建立了橡胶材料打磨后粗糙度Ra值的预测模型,该模型的拟合系数R2值为0.9878,表明模型拟合效果好。使用该模型计算出的Ra预测值与观测值的均方根误差为0.014 47,验证了模型预测的有效性。基于预测模型,获得粗糙度Ra值最小（3.3 μm）的参数组合为：磨头转速4158.9 r/min、抛磨压力38.4 N、离边距离30 mm。     

6-DOF抛光打磨机器人的旋量运动分析

针对叶片、汽车轮毂、水龙头等异型工件的抛磨工序长期以来都依赖于工人手工打磨的问题,研发了一款6-DOF机械手,与带有力反馈机构的砂带式抛磨机、上下料滑台、操作台等构成了自动抛光打磨系统。以旋量理论和指数积为基础,建立了6-DOF抛光打磨机器人的运动学模型,并对机器人运动学的正解过程进行分析和计算验证;结合经典的Paden-Kahan子问题法对机器人运动学的逆解过程进行分析和计算验证。计算结果表明:基于旋量理论建立的运动学模型是正确的,该模型可为实际的机器人在抛光打磨过程中的轨迹规划和运动控制提供理论依据。     

金属材料去除对叶片模态变化影响的试验研究

为了考察叶片在加工过程中的固有频率变化,采用光纤位移传感器对不同加工状态的叶片模态进行了测试。试验结果显示,叶片模态频率阶数较多且分布不均匀,随着加工的进行、材料的去除,叶片各阶模态频率都呈现下降趋势,同时阻尼比也降低。结合试验结果与加工实际进行分析,认为主轴转动引起的切削力激励频率与加工开始时的叶片固有频率较接近,引起了共振,导致叶片表面有振纹产生。在实际生产中,应改变主轴转速以避免共振。通过本试验发现:为避免共振,在高速加工薄壁悬臂零件时,需要关注其加工过程中的模态变化。     

考虑预应力时风扇叶片模态特征分析

简要论述了模态分析的基本理论,建立了风扇叶片的有限元模型,通过对该模型进行模态分析,得到了叶片的固有频率和相应的模态振型,并分析了各阶振型下叶片的振动情况。考虑叶片旋转工作状态下离心力会产生预应力的影响,通过加载旋转力矩,求解了预应力下叶片的固有频率。利用不同转速下叶轮旋转对叶片激振频率的计算,同该状态下有限元计算所得的固有频率比较,分析了叶片的共振特性。     

结合神经网络与遗传算法的磨抛工艺参数优化

针对机器人磨抛系统工艺参数的自主选择与优化问题,提出一种基于神经网络与遗传算法的磨抛工艺参数优化方法,采用基于人工神经网络的工件表面粗糙度预测模型解决各工艺参数间复杂的非线性问题,结合粗糙度预测模型与磨抛效率公式,通过遗传算法对各工艺参数进行全局寻优解决加工质量和效率的双目标优化问题并得到最优工艺参数组合.在满足加工质量要求的前提下,加工效率提高了近三分之一,证明此工艺参数优化方法是可行有效的.     

压气机叶片流固耦合的强度和振动研究

为了研究流固耦合场对叶片强度与振动参数的影响,采用流体动力学和有限元方法,对压气机叶片进行了单向流固耦合分析。通过软件之间的接口,实现压力场数据的传递,并对加载气动力后的计算模型进行强度分析和模态分析,得到压气机大小叶片的应力应变云图以及固有频率和相应的模态振型,计算比较了离心力、气动力对应力和固有频率的影响。计算结果表明,流固耦合对叶片的结构强度和模态振型影响较小。通过频率分析,找出了叶片的共振频率,从而为叶片的优化提供依据。     

基于Creo Parametric的风机叶片建模方法研究

由于风机叶片在三维软件中直接建模的复杂度,探讨了一种较快捷创建风机叶片的建模方法。利用NACA软件生成叶片翼型截面离散点坐标,并将结果导入Creo Parametric软件。通过混合等命令,将多段翼型截面曲线生成光滑的叶片曲面模型,并对生成的实体表面进行了曲面分析与检查。最后利用Flow Simulation等软件,对叶片进行了流体仿真及模态分析,得出了叶片压力最大值在叶片的设计承受范围内,且叶片一阶固有频率远大于风机转动时的频率,叶片发生共振的可能性很小的结论,很好的证明了叶片建模方法的可行性和实用性。通过这种建模方法,将很大程度减少叶片在设计时的工作强度与难度,提高设计人员的设计效率。