风电叶片增减材机床五轴打印CAM软件开发与仿真 任务书

　课题名称： 风电叶片增减材机床五轴打印CAM软件开发与仿真（统）

　题目性质： 实际

　题目来源：生产实践

　题目简介：

风力发电叶片通常采用玻璃纤维、树脂等复合材料在模具上进行铺设、浸料等工艺制造而成。风电叶片尺寸大（5MW的单个叶片长度达60米以上）、制造工艺路径长、规格多，需要多副模具才能满足企业生产需求；传统风电模具制造过程复杂、周期长、尺寸精度差、费用高，不能满足风电叶片企业快速发展的需求。

为克服传统风电叶片模具制造的局限性，一种基于3D打印的增减材模具复合制造技术应运而生。增减材复合加工技术是一种将产品设计、软件控制以及增材制造与减材制造相结合的新技术。借助于计算机生成的CAD模型，并将其按一定的厚度分层，从而将零件的三维数据信息转换为一系列的二维或三维轮廓几何信息，层面几何信息融合沉积参数和机加工参数生成增材制造加工路径数控代码，最终成型三维实体零件。然后针对成形的三维的实体零件进行测量与特征提取，并与CAD模型进行对照寻找误差区域后，基于减材制造，对零件进行进一步加工修正，直至满足产品设计要求。增减材复合制造技术对于传统切削加工无法实现的特殊几何构型或特殊材料的零件，近净成形的阶段可由增材制造承担，而后期的精加工与表面处理，则由传统的减材加工承担。由于在同一台机床上完成所有加工工序，不仅避免了原本在多平台加工时工件的夹持与取放所带来的误差积累，提高制造精度与生产效率，同时也节省了车间空间，降低制造成本。

本课题针对风电叶片的增减材复合制造技术开发风电叶片增减材机床及相关的CAM软件。该机床采用大跨度动梁式龙门结构，主要包括水平纵向进给系统（X轴）、水平横向进给系统（Y轴）和双垂直进给系统（Z1/Z2轴，五轴打印头和五轴铣削头）组成。

纵向水平进给系统采用超长床身拼接而成，其总长度达到22.5米。进给系统采用“直线导轨+齿条”驱动形式。床身两侧均采用双直线重载滚柱导轨，以承受重载移动部件。驱动系统采用双侧龙门结构，即在两侧导轨附件均布置齿轮、齿条驱动装置，通过数控系统的“龙门同步”控制方式保证横梁移动的平稳性。为消除齿轮啮合间隙对驱动进给的影响，系统采用双齿轮消隙结构，由数控系统的“主—从控制”方式保证进给系统无侧隙驱动。

横向水平进给系统由横梁及左右立柱组成，横梁与左右立柱通过螺栓固联成一个整体，通过线轨滑块与纵向水平进给系统组成动梁式进给结构。横梁上的横向进给系统由三条线轨组成，其中横梁正面布置两条线轨，横梁顶部布置一条线轨，承受拖板移动的各向载荷。横向进给驱动采用齿轮、齿条结构，可以实现打印头和铣削头的横向长距离驱动。

垂直进给系统包括五轴打印头、五轴铣削头两个独立的进给系统组成。垂直进给系统由Z轴拖板、滑枕组成，实现打印头和铣削头的垂直进给。垂直进给系统采用“线轨+滚珠丝杠”结构，其线轨分别布置于滑枕左右两侧以承受打印头和铣削头的各向载荷，驱动系统由“伺服电机+行星减速器+滚珠丝杠”形式，利用重载丝杠直接承受垂向载荷，无须配重结构，以实现垂直进给的高速动态响应特性。

机床包括13个控制轴（其中1个为主轴），采用西门子840Dsl数控系统进行控制。机床控制系统除了对所有进给轴/主轴进行控制外，还包括：刀库进给轴的点位控制、X轴双侧龙门驱动控制、X轴同侧两套齿轮系统的主从控制、在线测量系统、视频系统、辅助系统等。

风电增减材复合制造机床在具备上述硬件基础上，还需要配备相应的CAM软件才能满足模具的实际制造要求。由于增减材制造工艺的特殊性，不能直接使用通用的CAM软件进行加工，需要针对风电叶片的复杂曲面形状及增减材制造工艺开发相应的专用CAM软件，具体包括：风电叶片曲面散点的几何处理、样条曲面的张成与u/v参数网格生成、五轴打印头的刀路规划、五轴铣削头的刀路规划、加工仿真、加工程序后处理、误差验证等内容。

综述之，本课题旨在设计风电叶片增减材制造机床的装备及相关控制、加工软件，属于先进制造技术范畴，具有一定的深度和难度。

　毕业论文(设计)要求：

本课题属于先进制造技术的装备范畴，广泛设计机械原理、机械制造、机电一体化、自动控制、机床电器控制技术、数控技术、数控加工技术、计算机辅助几何、CAM技术等相关内容，具有一定的深度和难度，要求学生在选择相关课题时需具备对应的基础知识。