基于焊接過(guò)程分析的葉片自動(dòng)焊接修復(fù)軌跡規(guī)劃.pdf

1、葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最為核心的零件，被譽(yù)為“心臟中的心臟”。葉片通常工作在高溫高壓的惡劣環(huán)境下，使用一段時(shí)間之后，可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的缺陷和損傷，如裂紋、磨損、腐蝕和蠕變縮孔等。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修手冊(cè)中，推薦對(duì)有修復(fù)價(jià)值的葉片利用高能束焊接對(duì)其進(jìn)行堆焊修復(fù)，但對(duì)焊接修復(fù)后葉片的強(qiáng)度、尺寸精度、抗疲勞等性能要求十分苛刻。因此，需要可靠的自動(dòng)焊接裝備用于葉片的維修。由于葉片復(fù)雜的曲面形狀，需要自動(dòng)焊接裝備能夠直接對(duì)葉片的參數(shù)化曲線曲面進(jìn)行插補(bǔ)。目前，

2、葉片的參數(shù)化曲線曲面表示常用非均勻有理B樣條(Non-Uniform Rational B-Spline，簡(jiǎn)稱NURBS)進(jìn)行表示。NURBS具有設(shè)計(jì)靈活、算法穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在眾多參數(shù)曲線中脫穎而出，它使得有關(guān)曲線曲面的設(shè)計(jì)、分析與計(jì)算達(dá)到了很高的水平，大大加速了其在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用。NURBS這一先進(jìn)技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。
　　論文提出的利用葉片的焊接過(guò)程分析對(duì)焊接速度進(jìn)行優(yōu)化的方法，可以獲得較好的焊接速度，減小焊接殘余應(yīng)

3、力和焊接變形，同時(shí)作為焊接路徑規(guī)劃的一個(gè)依據(jù)。提出的結(jié)合弓高誤差和泰勒公式的NURBS曲線插補(bǔ)技術(shù)，可以直接表達(dá)復(fù)雜的葉片焊接路徑曲線，并對(duì)路徑進(jìn)行自動(dòng)插補(bǔ)，提高葉片焊接的精度，也可以提高CNC系統(tǒng)的軌跡表達(dá)能力和插補(bǔ)能力。
　　主要工作：對(duì)葉片進(jìn)行三維建模和相關(guān)處理，之后對(duì)處理的葉片模型進(jìn)行焊接過(guò)程仿真，分析溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的結(jié)果，結(jié)合葉片材料的Goodman曲線，優(yōu)化焊接參數(shù)，獲得最優(yōu)的焊接速度；通過(guò)NURBS曲線數(shù)學(xué)模型，并根

4、據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和優(yōu)化的焊接速度，建立復(fù)雜的葉片焊接路徑曲線；利用焊接速度和泰勒展開(kāi)法對(duì)曲線參數(shù)進(jìn)行密化，得到參數(shù)增量，通過(guò)參數(shù)增量逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接路徑的曲線插補(bǔ)過(guò)程，最終獲得路徑曲線上每個(gè)點(diǎn)與參數(shù)或時(shí)間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成軌跡規(guī)劃。通過(guò)Simufact-welding對(duì)葉片進(jìn)行三維焊接仿真模擬，最后利用Matlab模擬曲線插補(bǔ)過(guò)程，分析插補(bǔ)精度和參數(shù)增量的關(guān)系，對(duì)比泰勒展開(kāi)法和利用弓高誤差修正的泰勒展開(kāi)法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證利用弓高誤差修正的泰勒