基于附加质量和电涡流阻尼的薄壁件铣削振动抑制

针对薄壁件铣削颤振问题,提出了基于附加质量和电涡流阻尼的振动抑制方法。首先建立了薄壁件铣削加工动力学模型,通过颤振稳定性分析,获得附加质量和电涡流阻尼对加工稳定域的影响规律;然后提出了薄壁件附加质量优化方法,获取最佳附加质量布局和质量占比;最后设计了一套薄壁件加工抑振装置,开展了薄壁件铣削加工试验,试验表明,当同时添加附加质量组合[15,10,15]和电涡流阻尼时,薄壁件加工振动得到明显抑制,验证了所提出方法的抑振效果。     

航空发动机薄壁件铣削加工动力学研究进展

铣削过程中引起的加工变形和切削振动是影响航空发动机薄壁件加工精度与质量的主要因素,通过分析加工过程中工件的动态响应特性,从切削动力学角度,基于知识型数控加工过程仿真成为航空发动机薄壁件颤振抑制的一种灵活通用的物理仿真方法。目前,关于航空发动机薄壁件的动力学物理仿真研究主要包括航空发动机薄壁件铣削力建模与试验方法研究、铣削动力学建模和铣削动力学模型仿真与工艺参数优化。     

聚氨酯泡沫辅助加固钛合金薄壁件铣削性能研究

针对钛合金薄壁件刚度低,加工过程中容易产生振动、让刀等问题,通过采用聚氨酯泡沫辅助加固钛合金薄壁结构件来提高工件刚度,以实现钛合金薄壁件高效稳定切削加工的相关工艺理论和关键技术。设计在相同条件下采用聚氨酯泡沫填充以及未填充钛合金框类薄壁件铣削试验,对工件侧壁铣削振动加速度时域信号、加工表面质量以及让刀变形进行对比分析,并利用MATLAB软件对振动信号进行快速傅里叶变换(FFT)来进行频域对比分析。结果表明采用聚氨酯泡沫辅助加固能够显著提高钛合金薄壁件加工过程中的稳定性,改善工件加工表面质量、减小让刀变形。     

航空薄壁件铣削加工动力学仿真技术

薄壁件铣削是航空工业中最常见的加工方式。航空薄壁件铣削工艺系统固有的弱刚性特点易引起切削颤振和变形,极大影响加工质量和效率。研究航空薄壁件铣削加工动力学仿真技术,指导工艺、刀具参数优选,对高质高效加工技术具有重要意义。围绕薄壁件铣削加工动力学仿真中的刀具-主轴系统动力学建模、切削瞬时薄壁件动力学建模及铣削过程动力学建模等技术进行介绍。     

石蜡辅助加固钛合金薄壁件加工质量分析

建立了钛合金-石蜡系统静力学模型,从静力学角度研究钛合金薄壁框类零件在瞬态切削力作用下工件的受力特点和变形情况;设计石蜡填充钛合金框类薄壁件铣削试验,对试验过程中的振动加速度信号和已加工表面质量进行分析对比,并研究石蜡辅助加固对钛合金薄壁件加工性能改善的作用机理.研究表明:采用石蜡辅助加固能可显著降低钛合金薄壁件加工让刀变形,提高切削加工稳定性,改善加工表面质量.     

薄壁件铣削加工动力学研究的现状

加工变形和铣削振动是影响薄壁件加工精度和质量的主要因素,合理的试验方法的设计、动力学模型的建立和仿真非常重要,为了深化研究薄壁件铣削加工的动力学,目前研究内容主要包括:薄壁件铣削动力学的实验方法、铣削动力学模型的建立和薄壁件铣削动力学模型的仿真与优化方法。     

铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削切削振动研究

使用直径为20mm的商用高速钢和硬质合金刀具,在中低切削速度和大切宽条件下对高速列车车体用T5热处理6N01铝合金双壳薄壁W型结构件进行重负荷铣削试验,重点对铣削振动及其影响因素进行研究.结果表明:当铣刀铣削至结构件的筋板交叉处时振幅有突变增加,其值为铣削铝合金薄壁时的3～6倍;在中低速铣削范围内,重负荷铣削该结构件时易发生自激振动和强迫振动.研究同时表明,机床转速和每齿进给量是影响切削振动的显著因素,波刃刀具切削振动幅值显著大于非波刃,螺旋角较大的刀具和齿数较少的刀具其切削振动较小;在剧烈的切削振动下,高速钢刀具易发生刀尖崩刃,波刃刀具则易发生严重粘结.     

航空航天薄壁件铣削过程加工状态监测研究进展

对切削加工状态进行精准监测,是实现航空航天薄壁件加工变形控制的重要保障。围绕航空航天薄壁件铣削加工状态监测的最新研究进展进行了评述,详细介绍了建立加工状态监测模型的关键技术与方法,包括加工信息采集处理、特征提取和特征融合。归纳了学者们在薄壁件加工过程中对刀具磨破损、铣削颤振、铣削变形等具体状态监测的研究进展。基于数字孪生技术,构建了面向薄壁件铣削加工状态监测的优化系统。最后,根据现阶段本领域发展状况对薄壁件铣削加工状态监测进行了展望。     

纵扭复合超声振动铣削薄板件稳定性研究

本文针对超声振动铣削加工薄板件过程中超高频率的切削-分离状态提出了一种改进的半离散法,并通过matlab进行叶瓣图的绘制,结合试验分析了各参数对加工过程稳定性的影响,研究发现纵扭复合超声振动铣削相较于传统铣削具有更好的系统稳定性,超声波激振频率、振幅和进给速度对稳定性有不同程度的影响。     

时变因素作用下薄壁筒工件车削振动特性与实验

针对薄壁筒类工件的切削颤振问题,采用理论建模、数值仿真和实验测试相结合的方法,研究切削过程中时变工件厚度和切削位置对薄壁筒振动特性的影响规律.利用有限元法建立主轴-卡盘-工件工艺系统模型,分析不同壁厚、切削力位置对薄壁筒切削系统的固有模态、频率响应函数的影响.结合模态实验与切削振动实验表明:薄壁筒周向壳体模态对于壁厚的...     

A novel stability prediction approach for thin-walled component milling considering material removing process

The milling stability of thin-walled components is an important issue in the aviation manufacturing industry,which greatly limits the removal rate of a workpiece.However,for a thin-walled workpiece,the dynamic characteristics vary at different positions.In addition,the removed part also has influence on determining the modal parameters of the workpiece.Thus,the milling stability is also time-variant.In this work,in order to investigate the time variation of a workpiece's dynamic characteristics,a new computational model is firstly derived by dividing the workpiece into a removed part and a remaining part with the Ritz method.Then,an updated frequency response function is obtained by Lagrange's equation and the corresponding modal parameters are extracted.Finally,multi-mode stability lobes are plotted by the different quadrature method and its accuracy is verified by experiments.The proposed method improves the computational efficiency to predict the time-varying characteristics of a thin-walled workpiece.     

Vibration suppression of thin-walled workpiece machining considering external damping properties based on magnetorheological fluids flexible fixture

Milling of the thin-walled workpiece in the aerospace industry is a critical process due to the high flexibility of the workpiece. In this paper, a flexible fixture based on the magnetorheological(MR) fluids is designed to investigate the regenerative chatter suppression during the machining.Based on the analysis of typical structural components in the aerospace industry, a general complex thin-walled workpiece with fixture and damping constraint can be equivalent as a rectangular cantilever beam. On the basis of the equivalent models, natural frequency and mode shape function of the thin-walled workpiece is obtained according to the Euler–Bernoulli beam assumptions. Then,the displacement response function of the bending vibration of the beam is represented by the product of all the mode shape function and the generalized coordinate. Furthermore, a dynamic equation of the workpiece-fixture system considering the external damping factor is proposed using the Lagrangian method in terms of all the mode shape function and the generalized coordinate, and the response of system under the dynamic cutting force is calculated to evaluate the stability of the milling process under damping control. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed approach are validated by the impact hammer experiments and several machining tests.     

Vibrations characterization in milling of low stiffness parts with a rubber-based vacuum fixture

Fixtures are a critical element in machining operations as they are the interface between the part and the machine. These components are responsible for the precise part location on the machine table and for the proper dynamic stability maintenance during the manufacturing operations. Although these two features are deeply related, they are usually studied separately. On the one hand, diverse adaptable solutions have been developed for the clamping of different variable geometries. Parallelly, the stability of the part has been long studied to reduce the forced vibration and the chatter effects, especially on thin parts machining operations typically performed in the aeronautic field, such as the skin panels milling. The present work proposes a commitment between both features by the presentation of an innovative vacuum fixture based on the use of a vulcanized rubber layer. This solution presents high flexibility as it can be adapted to different geometries while providing a proper damping capacity due to the viscoelastic and elastoplastic behaviour of these compounds. Moreover, the sealing properties of these elastomers provide the perfect combination to transform a rubber layer into a flexible vacuum table. Therefore, in order to validate the suitability of this fixture, a test bench is manufactured and tested under uniaxial compression loads and under real finish milling conditions over AA2024 part samples. Finally, a roughness model is proposed and analysed in order to characterize the part vibration sources.     

Vibration signal-based chatter identification for milling of thin-walled structure

In high speed milling aeronautical part, tool condition monitoring(TCM) is very important, because it is prone to get a chatter owing to the low stiffness of thin-walled structures. And the TCM is key technology for automated machining. In this paper, aiming to chatter monitoring in thin-walled structure milling, a variational mode decomposition – energy distribution(VMD-ED)method is proposed to improve the identification accuracy. And a moving average root mean square – mean value(MARMS-MV) ide...     

材料切除对机匣铣削动力学与稳定性的影响

在薄壁零件加工过程中,工件材料的连续切除会造成工艺系统动力学特性的不断变化,并对工艺系统的颤振稳定性产生显著影响。以航空发动机机匣为对象,研究了其铣削过程中工件材料切除以及切削位置变化对工件动力学特性与颤振稳定性的影响规律。首先,根据机匣的几何结构与铣削工艺特点,提出了按切削行及切削段进行材料切除过程细分的方法。其次,建立了工艺系统动力学特性演化的快速计算方法和颤振稳定性极限的频域预测方法,并在单个切削行内和不同切削行间分析了材料切除过程对工艺系统的影响。结果显示,在单个切削行内工艺系统的动力学特性会小幅度减小,稳定性极限图会向左下方小幅度偏移;在不同切削行间工艺系统的动力学特性变化幅度较大,稳定性极限图呈现出交错排列现象,难以针对整个铣削过程进行切削参数优选,因此提出了基于单行刀位轨迹的切削参数优选方法,保证了整个材料切除过程的稳定切削。最后,进行了机匣铣削与模态试验,验证了所提方法的正确性与有效性。     

考虑阻尼性能的复合结构多尺度拓扑优化设计

最优阻尼复合结构应该是阻尼材料自身的材料性能和阻尼材料在板壳结构上的分布形态均是最优的。针对板壳阻尼复合结构的多尺度设计问题,建立了基于非比例阻尼模型的复合结构多尺度拓扑优化方法,实现了阻尼材料在宏微观两尺度上的协同设计,同时获得最优的阻尼材料宏观分布形态和微观构型。以结构模态阻尼比为目标,分别研究了复合结构的单目标和多目标多尺度设计问题。结果表明,在单目标设计中,当最大化结构的某一阶模态阻尼比时,优化后结构的该阶模态阻尼比最大,同时结构在该阶处的频率响应最小;在多目标设计中,以结构前3阶模态阻尼比之和为目标,虽然在每一阶处的性能劣于单目标设计结果,但是结构前3阶模态阻尼比的总体性能更优。同时,从微结构的构型可得,最优的微结构构型中低刚度高阻尼材料的分布相互连接,其损失模量（微结构复弹性矩阵的虚部）和阻尼因子（微结构复弹性矩阵的虚部与实部之比）都相对较高,且呈现负泊松比现象。优化后复合结构的动力学性能显著提高。     

薄壁件加工变形主动补偿方法

研究薄壁件加工过程中受力变形产生的回弹误差控制,提出了分层完全补偿和优化补偿两种加工路径补偿方法,建立了加工路径补偿优化模型,考虑了多次走刀间加工变形和切削力的耦合作用,并应用迭代算法求解路径补偿优化模型。以航空薄壁件单刃端铣加工为例,对完全补偿、分层完全补偿和优化补偿进行了仿真分析和试验分析。结果表明,分层完全补偿和优化补偿能更好地减少加工误差,为薄壁件受力变形控制提供了参考依据。     

铣削参数对薄壁叶片铣削振动的影响

针对TC11薄壁叶片在数控加工过程中存在振动问题,采用单因素试验法进行薄壁叶片的铣削试验,建立铣削参数对振动加速度的影响模型,分析各铣削参数对铣削振动的影响规律,运用工艺参数区间敏感性分析方法,优选了铣削工艺参数区间。     

基于APDL的薄壁件加工变形补偿方法

对如何减小薄壁零件在加工过程中由于弹性变形造成的误差进行了研究,在建立铣削力模型获得各切深下工件所受铣削力数值的基础上,提出了一种基于APDL变形预测的补偿方法。实验证明与直接补偿方法相比,该方法能够较好的解决薄壁件在加工过程中的"让刀"现象,减小加工误差。     

阻尼陀螺系统动力响应的有限元复模态分析方法

采用复模态分析方法研究了陀螺系统及具有粘性阻尼的陀螺系统的动力响应及其数值分析方法,提出了陀螺模态阻尼比的概念,实现了利用有限元结构分析软件对诸如薄壁旋转轴和转动薄壁壳体等各类形式的复杂旋转薄壁结构进行动力特性分析的目的,讨论了不同条件(单点旋转简谐激励和沿圆周呈周波型分布的激励)条件下转动薄壁壳体结构的行波振动特点.