论文总字数：14263字

摘 要

叶片是机械行业的王冠，叶片的制造工艺水平往往反应一个国家的工业水平。由于叶片的工作环境比较苛刻，这就要求叶片具有高精度和很高的力学性能。如果在这些要求无法满足的情况下，叶片在工作的过程中很容易损坏，导致意外事故频出。因此针对叶片加工方法的研究是很有必要的。本次毕业设计的课题为叶片超声强化加工的自动工装设计与优化，通过设计与优化叶片超声强化加工的工装夹具，叶片加工水平会进一步提高。此次对于叶片夹具的设计与优化为叶片的夹具研究提供了参考。以下是我的研究方法和研究步骤：首先建立叶片超声强化加工自动工装机床夹具模型的；进而对机床夹具进行动静态分析；最后完成叶片超声强化加工自动工装机床夹具结构优化。

关键词：叶片 夹具建模 动静态分析 夹具优化

Abstract

Blade is the crown of machinery industry. Blade is the crown of machinery industry. The manufacturing technology level of blade often reflects the industrial level of a country. Because of the harsh working environment, This requires the blade to have high precision and high mechanical properties. If these requirements can not be met, the blade is easy to be damaged in the process of work, resulting in frequent accidents. So it is important to learn the machining method of blade. The project of this graduation project is the design and optimization of the automatic tooling for ultrasonic machining of blades. Through the design and optimization of the fixture, the surface accuracy and surface quality of blades can be improved. Here are my research methods and steps: firstly, the model of the automatic fixture for ultrasonic machining of blades is established; then the dynamic and static characteristics of the jig is analyzed; finally, the structure optimization of the fixture for ultrasonic machining of blades is completed.

Key words: blade fixture modeling, dynamic and static analysis, fixture optimization

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.1 叶片加工研究的重要性 6

1.2 叶片超声强化加工的夹具工装与优化 6

1.3 叶片夹具工装与优化的研究步骤 6

第二章 叶片超声强化加工的自动工装机床夹具模型的建立 8

2.1 涡轮叶片的建模 8

2.1.1叶片的原理与作用 8

2.1.2具体的建模过程 8

2.2 叶片夹具的3D建模 9

2.2.1 夹具底座的建模 9

2.2.2 滑块几何模型的建立 10

2.2.3 丝杠的3D建模 11

2.2.4 夹具的3D装配图 12

2.3 本章小结 13

第三章 对机床夹具的有限元分析 14

3.1叶片超声强化加工机床夹具的静态特性分析 14

3.1.1机床夹具模型的导入 14

3.1.2添加模型材料属性 14

3.1.3装配 14

3.1.4创建分析步 14

3.1.5对夹具设置边界约束和载荷 14

3.1.6叶片夹具的网格划分 15

3.1.7提交网格划分作业 16

3.1.8零件结构的分析模型可视化 16

3.2叶片超声强化加工机床夹具的模态分析 18

3.2.1 机床夹具模型的导入 18

3.2.2 设置材料属性 18

3.2.3对夹具模型进行装配 19

3.2.4 创建分析步 19

3.2.5设置边界 19

3.2.6 网格划分 19

3.2.7提交作业 20

3.2.8 可视化 20

3.3本章小结 22

第四章 叶片超声强化加工自动工装机床夹具结构优化 24

4.1从静力学角度对自动工装机床夹具结构进行优化 24

4.2从动力学的角度对自动工装机床夹具进行优化 25

4.3经济分析与环保措施 26

4.3.1经济性分析 26

4.3.2安全、环保、可持续 27

4.4本章小结 27

第五章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1 叶片加工研究的重要性

机械加工很重要，若没有机械制造类^[1]的实体经济，再好的经济水平也只是空中楼阁而已。在众多机械加工当中，叶片^[2]的加工往往是最令人瞩目的。叶片是机械行业的王冠，叶片的制造工艺水平往往反应一个国家的工业水平。因为叶片的加工制造要保证高精度^[3]和很高的力学性能。如果在这些要求无法满足的情况下，叶片在工作的过程中很容易损坏，导致意外事故频出。

本次叶片的超声强化加工采用的是超声^[4]能所带动的工具头，使其高频振动，对叶片表面^[5]进行撞击，从而实现对叶片的超声强化加工。对于叶片加工的研究将会为实践提供指导。

1.2 叶片超声强化加工的夹具工装与优化

叶片超声强化加工的背景往往是多轴的复合加工机床。因为复合加工机床的夹持次数是非常少的，这样因装夹^[6]而产生的误差会很小，这样制造精准程度就会改善。零件的安装定位好不好，就看夹具设计的好不好。夹具设计的好，安装定位时产生的许多问题都将得到解决。因此需要对叶片夹具进行自动工装设计。然而叶片夹具自动工装设计的结构是否合格无从所知，所以需要进行有限元分析，发现并找出薄弱部分，进行结构尺寸等多方面进行优化。

1.3 叶片夹具工装与优化的研究步骤

本次毕业设计的课题为叶片超声强化加工的自动工装设计与优化，其具体的研究步骤如下：首先在实习和资料学习中，了解叶片超声强化加工机床夹具的相关结构和主要影响因素；进而根据机床图纸，建立机床夹具等主要零部件的三维模型^[7]并进行简化处理，为下面的有限元分析做铺垫；通过有限元分析手段对叶片夹具的动静态特性^[8]进行分析，得到应力、应变和频率等参数；最后根据机床夹具的动静态特性进行分析，对自动工装机床夹具进行优化。课题的研究路线和框图如图1：

图1 研究路线和框图

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