整体叶盘叶片自寻位研抛加工及表面完整性控制

In this research, a new principle and new method for high precision lapping-polishing of intelligent position-arching based on tolerance optimization is proposed for the precision machining in Blisk Blade. Based on the mathematical model of the mapping relationship between the measured surface and the design model surface, the deformation behavior of the blade part under the multi-field effect is studied, and the unified processing framework of the whole blade surface processing feature extraction and automatic positioning is established. On-line measurement and automation modeling, intelligent position-arching and clamping optimization, blade parts deformation and processing stability, robot lapping-polishing and dynamic optimization, adaptive control and processing of surface integrity control and other key technologies, positioning processing and adaptation of closed-loop processing technology as the key core point by point controllable removal of lapping-polishing processing methods of innovative technology line.

本研究针对整体叶盘叶片类零件的精密研抛加工难题，提出一种基于容差优化的自寻位整体叶盘叶片的高精密研抛加工新原理和新方法。通过研究研抛加工后的测量曲面和设计模型曲面之间的映射关系数学模型，研究在多场作用下零件的变形行为，建立整体叶盘叶片曲面加工特征提取与自动定位的统一处理框架；突破在线测量和自动化建模、自寻位加工与装夹优化、叶片零件的变形与加工稳定性，机器人研抛加工及动力学优化、适应性控制以及加工表面完整性控制等关键技术，形成以自寻位加工和适应闭环加工技术等为关键核心的逐点可控去除研抛加工方法的创新技术路线。

针对整体叶盘叶片类零件的机器人精密研抛加工难题，本项目提出了一种基于容差优化的自寻位整体叶盘叶片的高精密研抛加工新原理和新方法。本项目的主要研究内容及重要结果包括：（1）提出了基于点云空间K领域搜索的点云边缘提取算法等点云基础处理算法，研究了自寻位加工容差分布模型及计算方法，基于权值的点云数据到三角网格的精确匹配算法等，实现了点云数据与设计模型之间的精确匹配计算，以及自寻位加工容差分布模型及计算；（2）在整体叶盘类零件机器人研抛力预测及其稳定性方面：研究了基于模糊PID的力位混合抗扰控制策略，还研究了整体叶盘研磨抛光机器人接触力阻抗控制方法，实现了基于位置的阻抗控制策略，将工具与整体叶盘接触动态特性看作质量—弹簧—阻尼系统；（3）在具有优良运动几何学性质和光滑动力学特性的柔性加工轨迹设计方面：研究了适用于航空发动机叶片的叶背、叶盆、前后缘等复杂曲面的机器人磨抛加工的复杂曲面边界一致型加工路径，并针对钛合金整体叶盘自动磨抛加工过程中工件表面易产生条形加工纹理的现象，提出一种基于粒子群优化的机器人自动磨抛加工轨迹生成算法。（4）在力热耦合综合控制作用下的叶片的变形、研抛加工机理及表面完整性控制方面：根据Preston方程衍生出非线性材料去除模型，建立了材料去除深度与接触力、砂带速度、进给速度等工艺参数相关的非线性材料去除模型。本项目研究了集型面检测、误差评定、机器人磨削自适应加工为一体的整体叶盘类零件机器人自动化磨抛的相关基础问题，建立了整体叶盘类零件的“一次装夹、评测一体、自动磨削成型”的设计、加工、测量一体化闭环制造基础理论，促进了整体叶盘类零件形性可控的机器人磨削低成本加工技术体系的形成。