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| 近年来，世界工业化程度发展迅猛，能源动力的需求量越来越大，提高了对能源动力设备的工作性能要求。常见的能源动力设备有汽轮机、水轮机、航空发动机等，这些设备中的关键零件是叶片，其材料特性与型面质量直接影响汽轮机的工作性能。叶片的制作材料要具备机械性能高、稳定性好、减震性强的特点，所以一般选用较难加工的高强度材料，例如1Cr13、2Cr13等。叶片制造过程一般分为三步：生产毛坯件、粗车加工、精磨加工。其中精磨抛光阶段，提高叶片表面粗糙度以及修正型面轮廓，是保证叶片工作性能的重要步骤。针对叶片加工过程中的特点，吉林大学智能精密制造研究所研制开发出叶片双面高效磨抛机床，该机床能够实现叶片内弧面与背弧面的同时加工，极大的提高叶片磨抛的效率。本文以叶片双面高效磨抛机床样机作为载体，根据机床运动特点和结构尺寸，结合汽轮机叶片的材料特性与形状，对该机床的砂带磨抛工具系统进行研究，并使用研制的工具系统进行叶片磨抛实验。本文设计开发了两套砂带磨抛工具系统，换轮式磨抛工具系统和恒力磨抛工具系统。基于汽轮机叶片形状和尺寸的特点，开发了一套换轮式砂带磨抛工具系统。针对待加工叶片截面曲率变化较大的特点，采用多个接触轮换轮的形式，在不同的区域选择合适的接触轮进行磨抛，保证接触轮与叶片表面始终保持线接触。全面分析了各零部件的设计和选型依据，并建立了CATIA三维模型，进行虚拟装配和干涉检验，证明了设计的换轮式磨抛工具系统结构合理。要实现对叶片的精密磨抛，需要保证磨抛过程中每个加工轨迹点处磨削用量的精确。而影响磨削用量的重要因素为磨削速度和叶片与砂带之间的磨抛压力。针对这两个因素，在换轮式磨抛工具系统原有结构的基础上，设计开发了一套恒力磨抛工具系统。创新点在于它具有力位解耦机构，能解耦出磨抛压力，工具系统在不依靠机床调节的情况下，便可实现磨抛压力的精确控制。本文建立了恒力磨抛工具系统的CATIA三维模型，进行了虚拟装配和干涉检验，证明该工具系统的结构合理。还应用ANSYS Workbench软件分析恒力磨抛工具系统的静态特性和振动特性，得到了工具系统的应力变形分布和六阶振型。工具系统的可靠运行，需要建立稳定、精确和可靠的控制系统。根据这两套工具系统的运动要求，本文采用PC机+运动控制卡的方式，建立了半闭环控制系统，不仅确定了控制系统的总体方案，并且建立了控制系统硬件连接方式。本文最后用换轮式磨抛工具系统和恒力磨抛工具系统，在不同的工艺参数下，进行叶片磨抛实验，由实验结果得到各个工艺参数对磨抛加工质量的影响规律；并从两套工具系统磨抛实验结果的比较中，得知恒力磨抛工具系统的加工效果更好。因此说明磨抛压力的恒定控制对磨抛加工质量起着关键性的作用，该结论具有重要的理论意义和广阔的应用前景。 |
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