基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成方法

框、梁、壁板、蒙皮等飞机关键零部件中包含大量型腔特征,其加工效率直接影响零件的整体加工效率。高速铣削机床的发展为此类零件的高效加工奠定了很好的硬件基础,也给型腔铣削刀具轨迹生成带来了新的问题。例如蒙皮镜像铣由于其特殊的设计,对刀具轨迹提出平滑无抬刀、步距变化严格控制在一定范围内等更严苛的要求,从而保证蒙皮高质量加工。结构件高速加工中为了保持刀具的高进给和高转速,也要求刀具轨迹平滑且步距平稳变化。然而现有的型腔铣削刀轨生成方法大多基于局部优化解决加工残余和刀轨不平滑问题,难以生成同时满足多工艺约束尤其是步距约束的刀具轨迹,无法完全发挥高速机床的性能。针对此问题,本文提出基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成及优化方法。该方法首先基于中轴变换提取型腔骨架线,并进一步修正从而生成刀轨偏置基准和初始刀轨。其次利用图像变形算法对初始刀轨进行迭代变形优化,使最终优化刀轨与目标型腔区域吻合,且满足高速加工的工艺约束条件。该方法在离散的图像域内从整体角度优化刀具轨迹,不仅保证轨迹平滑无抬刀,还能保证步距在容许范围内平稳变化。实验证明本文提出的方法在保证轨迹平滑和步距平稳变化等方面的有效性,能够满足高性能加工的要求。     

基于装夹工艺的薄壁蒙皮镜像铣质量提升研究

镜像铣工艺主要用于飞机蒙皮零件下陷区及轮廓、孔的铣切。目前国内镜像铣设备采取的装夹方式对于大尺寸弱刚性薄壁蒙皮的变形和振颤抑制能力有限,导致蒙皮的厚度加工质量不理想。文章立足于大尺寸薄壁蒙皮镜像铣加工试验,进行应力应变分析,提出辅助工艺措施并进行验证,对产品的质量提升效果较为明显,可以为同类型产品的镜像铣加工及试验提供部分参考。     

基于快速扫描的飞机大型蒙皮自适应加工技术

飞机蒙皮零件具有外形复杂、尺寸大、刚性小、加工难度大等特点,近年来出现的蒙皮镜像铣技术可以实现蒙皮零件的高精度绿色加工。由于蒙皮毛坯存在成形误差,且其刚度小,装夹力和毛坯自身的重力也会引起变形,导致其实际型面与设计型面会存在一定的偏差。针对以上问题,提出了基于快速扫描的飞机大型蒙皮自适应加工技术,即通过在机激光扫描快速获取蒙皮实际型面,然后基于特征映射移植加工程序,快速生成适用于实际型面的加工程序的技术,并已将该技术成功运用于实际生产。所提出的自适应加工技术解决了蒙皮镜像铣技术的关键难题,能够高效生成加工程序并满足蒙皮零件的厚度精度和外形精度要求,有效提升了蒙皮的生产效率,为国产大飞机量产奠定了技术基础。     

蒙皮镜像铣削支撑技术的研究现状和发展趋势

镜像铣作为一种飞机蒙皮加工的新技术,是一种高效、绿色的加工方法,具有逐步取代化铣加工的趋势,是众多工业发达国家的研究热点。支撑技术是飞机蒙皮镜像铣削系统的关键技术,关系到蒙皮的尺寸精度和表面质量,直接影响蒙皮外表面的形貌。本文在阐述飞机蒙皮零件加工工艺特点的基础上,介绍了飞机蒙皮减薄技术的发展,总结了蒙皮镜像铣削加工方法的优势及国内外研究现状。在详细分析镜像铣支撑技术的研究现状的同时,指出了当前镜像铣支撑技术存在的问题与难点,预测了镜像铣支撑技术的发展趋势,为镜像铣支撑技术的深入研究提供参考和指导。     

飞机蒙皮厚度精确加工的最新技术——以数铣替代化铣的绿色加工工艺

分析了飞机蒙皮零件加工传统工艺无法满足精确加工要求和绿色制造发展需要的客观现实.并就正在推广使用的蒙皮精确铣,以及飞机蒙皮厚度加工由化铣向数铣发展的新趋势,作了详细论述.同时,还对国际上最新推出的集蒙皮切边、开口、制孔和蒙皮厚度精确加工于一体的多功能蒙皮精确铣和镜像铣,作了系统介绍.     

飞机蒙皮镜像铣加工稳定性分析

镜像铣技术是近年来提出的一种针对大尺寸薄壁件的加工方法,其加工环保、高效,具有逐步取代传统化铣加工的趋势。针对飞机蒙皮镜像铣加工过程中的颤振问题,首先,根据镜像铣加工特点,建立工艺系统颤振稳定性极限的预测模型;其次,通过有限元方法对蒙皮工件进行模态分析,分析蒙皮不同加工位置动力学特性变化导致的铣削稳定性变化,并通过实验测量获取工件动力学参数,对不同加工位置的稳定性做出预测;最后,开展加工实验,基于非接触测量方法,在线监测镜像铣加工区域的振动位移,通过时、频域信号对加工状态进行辨识,揭示了镜像铣加工过程的稳定性变化及失稳机制,验证了所提方法的准确性,在工程领域具有较高的实用价值。     

飞机蒙皮零件的柔性装夹及数控铣切技术

针对飞机蒙皮零件的柔性装夹及数控铣切技术,主要是一种蒙皮类零件数控加工轮廓的铣切方法研究。飞机蒙皮类零件数控加工铣切轮廓时的典型特点为零件薄、曲率大、易振颤。解决振颤的措施主要有防振颤装置和特殊的数控铣切方法。最后,对飞机蒙皮零件的镜像铣加工技术进行了简单介绍。     

面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工技术研究

整体叶盘由多个叶片呈圆周阵列布置在轮毂上,由于叶身型面为弱刚性零件,精加工时刀具磨损、颤振及让刀变形较为严重,影响了加工质量的进一步提高。提出一种面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工工艺,叶片型面采用磨削加工工艺,叶根、流道区域采用铣削加工工艺,通过控制磨削与铣削刀轨重叠区域的接刀误差实现叶盘全型面加工。试验结果表明,铣磨组合加工工艺表现出较好的加工质量,接刀误差控制在0.01 mm以内,轮廓误差小于0.04 mm,并通过加工试验验证了多主轴阵列加工的可行性,在保证加工质量的同时可大幅度提升加工效率。     

MMS:新型绿色蒙皮加工系统

MMS蒙皮镜像铣切系统是DUFIEUX公司研制的最新型蒙皮加工系统,该系统是新一代绿色加工技术,可以代替手工修整和化铣工艺。本文介绍了MMS蒙皮镜像铣切系统的工作原理及应用状况,并将该系统与传统的蒙皮加工工艺进行对比,得出了该系统具有先进性、环保性及可推广性的结论。     

透平机叶轮叶片五轴数控粗加工优化方法的研究

为提高透平机叶轮叶片的加工质量和效率,在粗加工阶段,提出采用侧铣方法代替传统五轴数控加工中点铣,实现高效加工。基于多片直纹面包络叶片型面,提出一套复杂曲面蜕变直纹面方法,并给出相应算法,实现侧铣加工。以喷推叶轮为例,采用UG-NX进行建模与数控编程,用VERICUT刀轨仿真,通过加工路径的比较,对加工效率进行量化分析。结果表明,采用分段侧铣方法,生成的刀轨刀轴矢量变化均匀,刀具和零件未发生干涉,加工效率和加工质量明显得到提高。     

工序模型驱动的航空发动机零件机加夹具变型设计方法

航空发动机新机研制过程中设计更改频繁,导致机加夹具修改工作量大。为提高机加夹具设计对航空发动机零件设计变更的响应速度,基于产品主模型思想,提出了一种工序模型驱动的航空发动机零件机加夹具变型设计方法。通过分析航空发动机零件机加夹具的设计特点,明确航空发动机零件机加夹具结构与机加工序模型装夹特征之间的关联关系,在此基础上构建航空发动机零件机加夹具变型设计主模型;通过设计同构零件装夹特征映射算法,将工序模型与夹具变型设计主模型中的装夹特征自动关联,实现工序模型与夹具变型设计主模型之间的设计参数联动;针对夹具结构中各类元件的资源特性,给出了不同类型夹具元件的变型策略,以提高夹具变型设计中各类元件资源的重用水平。最后,以铣削机匣外型面的夹具为例,验证了本文所提方法的可行性。     

基于测量数据的雕塑曲面数控粗加工

提出一种新的雕塑曲面数控粗加工刀位规划方法。被加工曲面用多面体模型来描述 ,采用分层切削方法加工。在各切削层分别用一个参考平面与毛坯和曲面模型求交 ,根据各相交环之间的拓扑关系 ,求出有效加工区域 ,利用数控编程自动生成粗加工刀具轨迹 ,并进行干涉检查和修正。该方法成功地解决了层切法加工雕塑曲面时不能处理岛中岛的难题。     

复杂曲面宽行加工等参数线刀轨精确搭接方法

等参数线刀轨规划方法广泛应用在复杂曲面的加工中,然而,宽行加工中用传统方法计算刀轨行距不能保证准确性。为避免相邻刀轨之间出现欠切或行宽重叠过多,本文提出了一种行距的预测和调整算法。根据已有刀轨驱动线的位置预测后续刀轨驱动线的位置。构造了刀轨的有效搭接区间,选取能代表刀轨边界的几个特征刀位,通过调整刀轨驱动线的位置使其参数边界落在有效搭接区间内部。有效搭接区间为确定刀轨行距提供了依据,而特征刀位的先取大大减小了刀轨驱动线调整时的计算量。计算实例表明,本文提出的算法可以实现相邻刀轨的精确搭接。     

Dual Drive Curve Tool Path Planning Method for 5-axis NC Machining of Sculptured Surfaces

The problem of finished surface being not first-order continuous commonly exists in machining sculptured surfaces with a torus cutter and some other types of cutters. To solve this problem, a dual drive curve tool path planning method is proposed in this article. First, the maximum machining strip width of a whole tool path can be obtained through optimizing each tool position with multi-point machining (MPM) method. Second, two drive curves are then determined according to the obtained maximum machining strip width. Finally, the tool is positioned once more along the dual drive curve under the condition of tool path smoothness. A computer simulation and cutting experiments are carried out to testify the performance of the new method. The machined surface is measured with a coordinate measuring machine (CMM) to examine the machining quality. The results obtained show that this method can effectively eliminate sharp scallops between adjacent tool paths, keep tool paths smooth, and improve the surface machining quality as well as machining efficiency.     

航空发动机机匣摆线粗加工轨迹规划方法

针对机匣零件粗加工过程中凸台多、加工余量大、材料难切削、刀具磨损快、加工周期长等特点,提出了一种机匣摆线粗加工刀具轨迹规划方法,该方法能有效控制切削过程中刀具负载的变化,改善刀具切削过程中的加热-冷却循环,减缓刀具的磨损,提高机匣粗加工效率。首先,通过对两种摆线模型的分析,建立了摆线铣数学模型,并分析了摆线铣的优缺点;其次,结合机匣零件特点,将模型在精度范围内离散为点模型,利用圆锥将模型展开并建立展开模型与原始模型间的映射关系。通过对可加工区域的划分和平面逼近,生成了适用于机匣零件的摆线粗加工刀具轨迹。最后,分别通过摆线铣刀具磨损实验、平面型腔摆线铣实验和机匣摆线铣实验,验证了摆线铣在降低刀具磨损、延长刀具寿命方面的有效性,以及本文轨迹生成算法在航空发动机机匣实际加工中的正确性和高效性。研究成果能有效缩短加工周期、降低加工成本,提升机匣零件的粗加工效率。     

螺旋铣孔技术研究进展

各种连接孔的加工是航空航天构件装配中的重要工作之一。新型大型飞机等难加工材料使用越来越多、制孔孔径深度越来越大、制孔精度质量要求越来越高，使得制孔加工变得越发困难，传统制孔方法逐渐不能满足需求。螺旋铣孔是一种针对航空航天构件装配制孔需求出现的新技术，其采用特制刀具通过偏心铣削的方式实现圆孔加工。由于材料去除原理改变，螺旋铣孔相对传统制孔方法在加工精度、生产效率、刀具成本、适用性等多个方面表现出优势，成为当前航空航天领域制孔技术的研究热点之一。首先在阐述螺旋铣孔基本原理的基础上分析了其技术优势；然后重点围绕加工机理与专用装备两个方面，概述了螺旋铣孔技术的发展现状；最后，分析了螺旋铣孔技术的发展趋势。     

飞机整体壁板广义槽分层识别方法及其实现算法(英文)

To automatically obtain a machining area in numerical control （NC） programming, a data model of generalized pocket is established by analyzing aircraft integral panel characteristics, and a feature recognition approach is proposed. First, by reference to the practical slice-machining process of an aircraft integral panel, both the part and the blank are sliced in the Z-axis direction; hence a feature profile is created according to the slicing planes and the contours are formed by the intersection of the slicing planes with the part and its blank. Second, the auxiliary features of the generalized pocket are also determined based on the face type and the position, to correct the profile of the pocket. Finally, the generalized pocket feature relationship tree is constructed by matching the vertical relationships among the features. Machining feature information produced by using this method can be directly used to calculate the cutter path. The validity and practicability of the method is verified by NC programming for aircraft panels.     

复杂结构件数控编程加工特征用户自定义方法

加工特征是实现复杂结构件高效、高质量数控编程的有效手段,但是同一类加工特征只是几何形状和加工工艺相似,并不完全相同。如何适应不同的企业资源与工艺水平、不同类型的复杂结构件进行加工特征定义是基于加工特征进行自动数控编程的一个难题。针对以上难题,本文提出了一种复杂结构件数控编程加工特征用户自定义方法,基于全息属性面边图表达加工特征几何信息,给出了具有一定柔性的加工特征几何信息定义方法,基于语义与规则建立加工特征工艺信息及其与几何信息之间的关联关系,实现了由用户根据企业的制造资源、零件结构和工艺人员的编程习惯等因素自定义加工特征。根据本文提出的方法开发了飞机复杂结构件加工特征用户自定义及自动编程系统,已成功应用于国内某大型航空制造企业的飞机结构件数控编程,经过多项飞机结构件测试,本文提出的方法特征识别正确率平均达到97%。     

A new error-controllable method for smoothing the G01 commands

In real machining, the tool paths are composed of a series of short line segments, which constitute groups of sharp corners correspondingly leading to geometry discontinuity in tangent. As a result, high acceleration with high fluctuation usually occurs. If these kinds of tool paths are directly used for machining, the feedrate and quality will be greatly reduced. Thus, generating continuous tool paths is strongly desired. This paper presents a new error-controllable method for generating continuous tool path. Different from the traditional method focusing on fitting the cutter locations, the proposed method realizes globally smoothing the tool path in an error-controllable way. Concretely, it does the smoothing by approaching the newly produced curve to the linear tool path by taking the tolerance requirement as a constraint. That is, the error between the desired tool path and the G01 commands are taken as a boundary condition to ensure the finally smoothed curve being within the given tolerance. Besides, to improve the smoothing ability in case of small corner angle, an improved local smoothing method is also proposed by symmetrically assigning the control points to the two adjacent linear segments with the constrains of tolerance and G3 continuity. Experiments on an open five-axis machine are developed to verify the advantages of the proposed methods.