自由曲面侧铣刀具轮廓与轨迹同步优化方法

针对自由曲面侧铣加工中轨迹规划困难、加工精度难保证等问题，提出了一种自由曲线母线类刀具的外形轮廓设计方法。该方法在优化刀具轮廓的同时，充分考虑了加工过程中的工件精度和刀轴光顺性问题，实现了自由曲线母线类刀具的形状设计和对应侧铣加工轨迹的生成。首先，通过分别定义刀具轮廓母线和刀轴轨迹面实现对刀具形状和侧铣加工轨迹的表达，并由此计算切削行上刀具工件干涉量来评价加工误差，以刀轴轨迹面能量评价刀轴光顺性，建立了基于加工误差和刀轴光顺性的刀具轮廓与加工轨迹的同步优化模型；其次，为实现对同步优化模型的求解，给出了基于序列逼近法的求解策略，以及优化初值中刀轴轨迹面控制参数和刀具轮廓控制参数获取方法；最后，分别通过加工轨迹规划实验和刀具轮廓设计实验，验证了本文算法在在自由曲面四轴侧铣加工刀具轮廓设计与加工轨迹优化中的正确性及有效性。研究成果为提高自由曲面类零件侧铣加工精度、实现侧铣加工刀具轮廓设计及侧铣加工轨迹规划提供了一种有效的方法和手段。     

慢刀伺服加工自由曲面的表面形貌预测

本文通过建立自由曲面车削加工的仿真预测模型,在加工前进行参数优选.该模型考虑了刀具几何形状、切削用量及刀具轨迹点和插补方法对加工后自由曲面的表面形貌的影响.对渐进式近视镜片光学元件进行了加工实验,实测粗糙度R_a=31nm,仿真得到粗糙度R_a=23nm.实验验证了仿真模型的有效性.     

闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹规划

针对闭式整体叶盘通道开槽工艺问题,研究了叶盘通道五坐标开槽插铣加工方法。进行了闭式叶盘通道可加工性分析,给出了通道加工区域划分方法;基于最小面积原理研究了叶盘插铣通道边界最佳直母线求解算法,分别针对叶片曲面及叶盘内外环面,提出了通道偏置直纹包络面的生成方法,给出了闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹。研究结果表明:该方法能解决闭式整体叶盘通道插铣区域划分和直纹包络面生成问题,可有效实现闭式整体叶盘的五坐标开槽粗加工。     

闭式整体叶盘插铣加工方法研究

针对闭式整体叶盘的结构特点提出了一种基于路径规划的对接分层插铣加工方法.首先依据插铣加工方式对比实验优选顺插加工方式,其次划分了叶盘通道的对接加工区域和分层插铣区域,然后给出了插铣轨迹的最佳逼近直线计算方法,最后给出了闭式整体叶盘的对接分层插铣加工路径.     

插铣技术的研究现状

插铣的加工方式最先是由国外专家提出的,出现的时间也比较短,但是由于其特殊的加工方式和比较显著的加工优势,近几年受到了国内外许多专家的关注和研究.所谓插铣法就是在加工过程中刀具沿主轴方向做进给运动,利用底部的切削刃进行钻、铣组合切削,是一种能够在Z方向上快速铣削大量金属的加工方式,主要用于半精加工或粗加工,在重复插铣达到预定深度时,刀具不断地缩回和复位以便于下一次插铣时可迅速地从重叠走刀处去除大量金属,如图1所示.     

开式整体叶轮加工关键工艺技术研究

首先分析了该类零件的几何特点以及加工难点,然后提出了粗加工以及精加工当中的关键技术。阐述了插铣粗加工中,有关叶片直纹包络面的构建,刀轴矢量的选择;精加工中叶片整体加工中使用参数法规划均匀的刀具切削轨迹等关键技术。最后利用VERICUT软件,进行了加工仿真的验证,并且加工完成了开式整体叶轮的加工实例。     

多轴刀具轨迹的偏置计算方法

本文就图象编程刀位计算的几个重要方面,提出了较完整的处理方法:刀位计算程序控制结构及用户友好的控制参数通讯区接口;多轴刀具轨迹偏置计算,其中详细介绍了端铣、侧铣的刀位计算过程和干涉碰撞的检查与修正;加工边界和尖角过渡处理中,引入了尖角邻接关系。上述方法在复杂曲面零件整体加工的图象编程中,具有重要的实用价值。     

整体叶轮侧铣数控加工刀位轨迹生成新方法

为提高整体叶轮的加工质量和效率,提出了分段侧铣的方法,在每一段曲面上,基于斜等距曲面的原理,推导出叶片分段侧铣加工时刀位轨迹的生成和计算;并用计算仿真和刀心轨迹图对刀位进行了验证。结果表明,采用分段侧铣的方法,生成的刀位轨迹刀轴矢量变化均匀,刀轴未发生干涉,且加工效率和加工质量明显得到提高。     

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。     

航空发动机机匣五轴插铣加工

针对航空发动机机匣结构特征提出一种插铣粗加工轨迹生成算法,根据机匣零件结构进行加工区域划分,规划插铣走刀路径,插铣刀轴计算,加工干涉判断与处理,最终生成插铣加工轨迹。航空发动机是飞机的核心部件,而机匣是航空发动机的主要零件之一。目前航空发动机机匣多采用钛合金、高温合金等耐高温、难切削材料;结构上以回转轮毂面为主体周向分布柱状岛屿凸台,零件最薄处仅2～3mm厚,属多岛屿复杂薄壁结构件,如图1所示。机匣铣削前的过渡     

开式整体叶盘四坐标高效开槽插铣工艺方法

 整体叶盘的加工余量主要是在其通道开槽粗加工阶段去除的,提高通道开槽切削效率是实现叶盘高效加工的关键。根据开式整体叶盘通道的结构特点,提出了四坐标插铣开槽高效低成本粗加工方法。通过叶盘叶片偏置面的直纹包络面逼近,确定叶盘通道粗加工区域,给出了四坐标插铣刀位轨迹生成算法。该方法有效解决了直纹面逼近的曲面边界问题,并通过对叶片偏置面的直纹逼近从根本上避免了刀位轨迹计算时误差的产生。实验表明,与传统的侧铣开槽粗加工相比,采用四坐标插铣方式切削力可降低60%,粗加工效率可提高1倍以上。     

基于神经网络算法的GH4169插铣刀具寿命预测研究

为了研究GH4169插铣加工中切削参数对刀具寿命的影响规律，延长刀具使用寿命，设计了GH4169插铣参数与刀具寿命之间的正交试验。基于正交试验获得的样本数据，利用径向基函数神经网络和反向传播神经网络分别建立了GH4169插铣刀具寿命的预测模型，并对模型进行了训练、测试与验证。该方法可为GH4169插铣刀具寿命模型的建立，工艺参数的优选提供依据。     

开式整体叶盘四坐标插铣开槽粗加工刀位轨迹规划

提出在开式整体叶盘的粗加工阶段,采用插铣加工代替传统的五轴数控加工点铣和侧铣,实现高效加工.提出将自由曲面蜕变为直纹面,将复杂自由曲面粗加工问题转化为简单的直纹面粗加工问题.这种方法的加工效率比传统加工方法提高约60%以上.     

壳体零件高效插铣技术应用研究

插铣加工是一种采用刀具上下运动快速去除毛坯上残留材料的加工方法,由于其加工性能优越,已被推荐用于航空产品零件加工中。针对插铣法在航空产品复杂壳体加工中的应用展开研究,提出了基于"剖平面"的插铣刀具选择方法,给出了插铣路径规划规则,并通过物理仿真得到了切削功率、切削力、扭矩及峰值切削温度与主轴转速的关系,最后针对选定的壳体零     

复杂曲面五轴数控加工中刀具位置优化

针对复杂曲面五轴数控加工的刀具位置优化进行了研究并提出了一种基于五轴数控加工中非线性误差的分析和补偿的刀具位置优化方法。首先,简述了曲面加工中所用的平底圆角铣刀刀具位置的计算方法;然后,对刀具位置进行非线性误差分析并建立非线性误差模型,并基于这个模型得出插补段的最大非线性误差;接着通过对非线性误差模型中的非线性误差进行检测计算和补偿,最终得到满足加工精度要求的刀具位置。最后对该方法进行了模拟仿真。模拟的结果显示非线性误差的补偿对复杂曲面数控切削成形的几何精度有很重要的影响。     

基于椭圆路径的回转二次曲面铣磨误差模型研究

以曲面的最小二乘准则为基础,用小误差变化矩阵,从曲面的局部构造出发研究包括六项对刀误差和刀具宽度误差在内的七项误差对加工的影响,建立二次回转曲面铣磨加工的误差模型,并分析模型的误差。     

一种NC加工中无干涉刀具轨迹的生成算法

提出了用投影方法来生成ＮＣ加工刀具轨迹的算法，并完成刀具干涉的检查。通过对参数曲面的三角离散化及刀具向加工曲面的投影，把确定刀具位置的问题转化为一个简单的确定到三角片集合位置的问题。     

多曲面岛屿五轴螺旋刀位轨迹规划

针对复杂拓扑关系的多曲面岛屿加工,以叶片阻尼台为研究对象,提出基于清根刀心轨迹的五轴球头刀螺旋刀位轨迹生成算法。首先建立局部坐标系,定义并确定中轴线,然后按层逐点创建投影射线,利用实体求交构造初始刀心螺旋轨迹;通过变步长迭代算法修正,使得刀心点距实体最短距离在加工精度范围内等于刀具半径。最后根据实体结构控制刀轴矢量,规划出无干涉的螺旋刀位轨迹。算例表明,本文算法统一了阻尼台加工与清根加工,避免了复杂偏置曲面片的构造,保证在加工过程中没有冗余进退刀的同时刀具不会过切叶身曲面,实现了阻尼台多曲面岛屿五轴球头刀高效精密加工。     

钛合金TC17大掠扭整体叶盘高效开粗策略研究

根据钛合金TC17大扭掠风扇整体叶盘通道的结构特点和材料切削性能,提出了"插铣+侧向绕铣"开槽高效低成本粗加工方法。采用插铣高效率去除叶片通道的大余量,通过侧向绕铣完成叶片型面的逼近加工方便后续叶片的半精加工或精加工。实验表明,与传统的侧铣开槽粗加工相比,采用"插铣+侧向绕铣"方式可以降低刀具成本,使粗加工效率可提高1倍以上。     

立式铣刀结构参数分析与加工仿真研究

航空航天领域大量使用的薄壁叶片等复杂曲面零件,多采用立式铣削方法加工制造。增大刀具与工件接触可以提高加工效率,但刀具的结构参数对铣削质量影响较大。建立铣削力学模型,对立式铣削加工进行分析,确定铣削加工过程中的主要影响因素是铣刀螺旋角、铣刀直径和铣刀刃数。采用AdvantEdge FEM软件,以单变量因素进行铣削有限元仿真,分析铣削力、加工形变、应力应变等影响。结果表明:铣刀螺旋角增大,铣刀半径增加,铣刀刃数增加,可有效地改善刀具应力和形变,增强刀具振动的稳定性,提高加工质量。