双级带冠整体涡轮叶盘数控电火花加工路径规划

• 作 者: 赵向兵
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 双级涡轮叶盘 电火花加工 电极设计 逆向搜索 路径规划

涡轮叶盘采用整体式结构能够提高发动机的系统效率,是新一代高性能航空航天发动机的必然趋势。双级带冠整体涡轮叶盘是为新一代高性能液体火箭发动机中设计的新型结构件,具有结构通道狭小、叶片扭曲、材料可加工性差以及两级间距小等特点,传统数控切削加工时刀具可达性差,使其制造变得异常困难。多轴数控电火花加工以其自身独特的优势被公认为是加工叶盘的有效方法,其关键核心是找到一条无干涉的电极进给路径。本文针对双级涡轮叶盘数控电火花加工中的关键问题展开研究,包括双级涡轮叶盘三维参数化造型、电极设计及其运动路径规划。双级涡轮叶盘作为整体结构直接进行三维参数化造型相对较困难,对其结构进行分解,详细论述了直纹和弯扭两种类型叶片的造型方法,分别构造轮毂、叶冠和叶片实体,通过布尔运算对实体进行合并实现了双级涡轮叶盘的三维参数化造型。在对双级涡轮叶盘三维造型后,通过对双级涡轮叶盘的结构特点进行分析,确定采用成型电极的加工方案。根据叶片通道结构特点完成电极的初始设计,提出减高减厚设计、轴向剖分和径向剖分以及电极预损耗补偿区设计等优化方法。提出了逆向搜索算法,对成型电极加工双级涡轮叶盘叶片通道时的进给运动路径进行规划。将电极进给路径规划问题离散化,通过初步优化和深度优化,使电极在叶片通道中进行平移和旋转运动,获取厚度最优的成型电极及其最优位置姿态,并生成NC路径,将其用于叶片通道的加工中。基于以上研究,利用Qt、ACIS和Open Inventor为双级涡轮叶盘开发了专用的CAD/CAM系统。最后,在开发的系统中,以航天某公司为某型号高性能液体火箭发动机中设计的双级涡轮叶盘为研究对象,根据给定的设计数据,完成了双级涡轮叶盘三维几何造型、电极设计和运动路径规划,通过获得的成型电极及规划的运动路径可以加工出符合精度要求的叶片通道型面,充分验证了本文所提出的方法是正确、可行的。