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。     

基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性半解析法预测

针对使用再生颤振理论建立的铣削动力学模型,提出了一种基于三阶龙格库塔法用于预测铣削稳定性的半解析方法.首先,以状态空间方程的形式表示动力学微分方程;其次,利用三阶龙格库塔法推导出传递矩阵;最后利用Floquet理论判断特定切削状态下的稳定性,进而获得铣削稳定性叶瓣图.通过与半离散法的仿真结果进行对比发现,基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性求解方法具有更高的预测精度和计算效率.     

一类流线型曲面高效数控铣削加工方法研究及应用

针对一类典型流线型曲面——叶片的高效数控铣削加工方法研究,提出了基于加工系统动力学仿真分析的高效切削参数优化技术,该方法是提高切削加工效率,保证零件加工精度和表面质量的有效手段.首先,辨识得到加工零件材料的铣削力系数;其次,利用锤击试验分别得到机床-刀具系统及弱刚性零件结构的动态特性,同时利用有限元方法进行模态分析,并与试验结果进行对比分析,可辅助验证锤击试验结果的正确性,在此基础上仿真得到铣削颤振稳定域曲线,然后对建立了基于加工系统动态稳定性的高效数控铣削加工参数优化系统进行高效铣削参数优化;最后,依据优化的铣削参数制定零件铣削加工工艺,试验得到了加工质量合格的叶片,其加工效率较传统方法有显著的提高.     

钛合金径向超声振动铣削表面粗糙度研究

为提高钛合金零件加工质量,设计了径向超声振动辅助铣削试验装置,研究了切削速度、切削深度、进给速度和超声振动幅值对钛合金零件表面粗糙度的影响规律.试验结果表明,与普通铣削相比,径向超声振动铣削后工件上的刀痕更加平整、分布更加均匀,材料去除更彻底,有效减少了由于钛合金切屑粘刀造成的表面划痕和积屑瘤等现象.在不同的切削参数下,径向超声振动铣削均可以改善钛合金零件的表面粗糙度,这一点在低速切削时更为明显,而超声振动幅值过大或过小都会影响加工质量.对加工系统的切削力进行了分析,发现超声振动辅助铣削时系统的切削力明显减小,有助于提高加工系统的稳定性,从而能够获得较好的表面质量.     

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。     

复合材料超声辅助螺旋铣削试验研究

采用螺旋铣削与超声振动复合加工工艺针对碳纤维树脂基复合材料进行制孔加工试验.分析了超声辅助螺旋铣削制孔加工原理;以相同加工效率开展了制孔试验,分析了制孔过程中的切削力及孔的加工质量;阐述了加工参数对切削力、切屑形式和制孔质量的影响.研究结果表明:超声辅助螺旋铣削复合加工方法可以用于碳纤维复合材料加工,且增加超声振动幅值、降低刀具每齿材料去除量可有效减少孔出口处的毛刺、撕裂等加工缺陷.     

机器人镗孔加工系统稳定性分析

为了解决大型飞机装配现场主起落架交点孔的镗孔精加工问题,提出了采用六自由度工业机器人及专用末端执行器组合的创新解决方案。压脚是抑制机器人镗孔加工系统颤振的核心环节。通过对施加压脚前后的机器人镗孔加工系统进行动力学建模,对系统的稳定性进行分析,得出压脚装置对加工系统稳定性叶瓣图的影响。最后通过实际镗孔加工实验验证了机器人镗孔系统在不同压脚压力下的加工稳定性,表明合理的压脚压力可提高稳定切深,拓展加工稳定区域,有效避免加工颤振。     

基于KNN的机床刀尖点频响函数预测

加工颤振是影响工件表面质量、加剧刀具磨损和降低机床寿命的重要原因,颤振抑制一直以来都是学术界和工业界关注的重点。稳定性叶瓣图是现有颤振抑制方法的重要依据,而机床刀尖点频响函数是绘制稳定性叶瓣图的主要输入。锤击试验法是目前获取刀尖模态参数最为准确的方法,但是在机床结构变化频繁的应用场景下,该方法效率低,机床需要长时间停机,难以满足实际生产要求。提出了基于KNN的机床刀尖点频响函数预测方法,将锤击试验法和KNN算法相结合,大幅减小了锤击试验的次数,同时准确获得机床刀尖点频响函数。在试验验证中,将该方法和传统RCSA方法进行对比,结果表明所提方法具有良好的准确度。     

不分离型超声椭圆振动切削力特性研究

分离型超声椭圆振动切削加工效率低的特点阻碍了超声椭圆振动切削技术的广泛应用和进一步发展.为拓展超声椭圆振动切削技术的应用领域,在分析了超声椭圆振动切削过程的基础上,深入研究了不分离型超声椭圆振动切削降低平均切深抗力的有效性机理,并在此基础上分析了速度系数和切深方向振幅对切深抗力的影响,揭示了不分离型超声椭圆振动切削逆变区及动态前角是降低平均切深抗力的主要原因,给出了速度系数对降低切削力失效的判断公式,并通过实验验证了不分离型超声椭圆振动切削具有降低切削力和提高加工过程稳定性的优势.这对于发挥超声椭圆振动切削技术优势,拓宽其应用领域具有重要的意义.     

新型铝锂合金2060T8板材铣削试验研究

设计开发了一种可用于薄板材铣削夹持固定的真空吸附系统,并通过一种新型铝锂合金2060T8的铣削试验,对该系统的实用性进行了验证;然后基于该系统,通过正交试验,进行了2060T8的铣削性能试验研究,主要进行了铣削加工参数对零件加工表面粗糙度的影响研究。结果表明,影响表面粗糙度的因素主次关系是:铣削深度每齿进给量铣削宽度主轴转速;表面粗糙度随铣削深度、每齿进给量、主轴转速的增加而增大,随铣削宽度的增加先减小后增大。     

Chatter stability prediction in four-axis milling of aero-engine casings with bull-nose end mill

An analytical model for chatter stability prediction in bull-nose end milling of aero-engine casings is presented in this paper. And the mechanics and dynamics variations due to the complex cutter and workpiece geometry are considered by analyzing the effects of the lead angle on the milling process. Firstly, the tool-workpiece engagement region is obtained by using a previously developed method and divided into several disk elements along the tool-axis direction.Secondly, a 3D dynamic model for stability limit calculation is developed and simplified into a 1D model in normal direction considering only the dominant mode of the workpiece. Then the cutting force coefficients, the start and exit angles corresponding to each disk element are determined. And the total stability lobe diagram is calculated using an iterative algorithm. Finally, several experimental tests are carried out to validate the feasibility and effectiveness of the proposed prediction approach.     

Stability analysis of robotic longitudinal-torsional composite ultrasonic milling

Currently, industrial robots are considered as an alternative towards traditional machine tools. Especially for the large-scale parts milling, robotic flexibility and low cost make it possess the irreplaceability. However, the milling chatter caused by its weak rigidity hampers robotic application and promotion severely in aviation industry. Rotary ultrasonic milling (RUM) technology with one-dimensional axial vibration has been proven and approved on avoiding robotic chatter. Based on this, the research of project team demonstrates that longitudinal-torsional composite ultrasonic milling (CUM-LT) involving separation characteristic has a greater advantage than RUM in terms of chatter suppression. Thereby, the CUM-LT as a new means is applied to avoid processing vibration of robotic milling system. And its influence mechanism on stability improvement of weak stiffness processing system is clarified. Meanwhile, the approaches to strengthen separation effect are provided innovatively. Moreover, a new analysis method of robotic CUM-LT (RCUM-LT) stability is proposed on the basis of ultrasonic function angles. The simulation and experimental results indicate that compared with robotic RUM (RRUM), stability regions of separated RCUM-LT (SRCUM-LT) and unseparated RCUM-LT (URCUM-LT) are improved by 124.42% and 39.20%, respectively. The addition of torsional ultrasonic energy has a wonderful effect on the milling chatter suppression of low stiffness robots.     

机器人旋转超声铣削铝合金铣削力实验研究

基于KUKA工业机器人开展旋转超声铣削2A12铝合金实验,研究两种铣削方式切削点运动轨迹,为进一步研究铣削力奠定了基础.并分析旋转超声铣削(RUM)实验和普通铣削(CM)主轴转速、进给速度、径向切宽、轴向切深和超声电流对铣削力的影响规律.结果表明旋转超声铣削与普通铣削相比铣削力明显降低.     

In-process adaptive milling for large-scale assembly interfaces of a vertical tail driven by real-time vibration data

Assembly interfaces, the joint surfaces between the vertical tail and rear fuselage of a large aircraft, are thin-wall components. Their machining quality are seriously restricted by the machining vibration. To address this problem, an in-process adaptive milling method is proposed for the large-scale assembly interface driven by real-time machining vibration data. Within this context, the milling operation is first divided into several process steps, and the machining vibration data in each pro...     

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。     

AHPSO-SVM预测超声内圆磨削ZTA陶瓷的边界损伤

为解决普通加工方式易出现工程陶瓷边缘碎裂的问题,本文对超声内圆磨削工程陶瓷边界损伤预测系统进行了研究。在35 kHz轴向超声磨削与普通磨削两种条件下独立进行试验,运用支持向量机研究工艺参数与边界损伤影响规律,采用改进的粒子群算法优化支持向量机,建立采用混合核函数的AHPSO-SVM预测模型。研究结果表明,超声激励下试件边界损伤降幅为10.05%～21.23%,AHPSO-SVM预测模型MSE为0.378 4、平均相对误差为1.369 0%、30次适应度值标准差为0.020 2。相比于普通磨削,超声磨削可使ZTA陶瓷边界损伤值显著降低;建立的AHPSO-SVM模型具有较好的学习能力、泛化性能与良好的稳定性。     

GH4169G整体叶盘阶梯铣削稳定性研究

为解决高强高温合金GH4169G整体叶盘叶片铣削加工不稳定问题,通过有限元分析的方法,分析了沿大径方向(叶片宽度)和轴向(叶身方向)两种逐层铣削方案对加工稳定性的影响,研究了阶梯铣削工艺和传统双面对称铣削工艺对整体叶盘叶片铣削稳定性的影响.结果表明:沿大径方向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度小于实际加工中可能的最大切削深度,主轴转速、切削深度等切削参数选择范围较小;而沿轴向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度大于实际加工中可能的最大切削深度.与传统双面对称铣削工艺相比,阶梯铣削工艺使整体叶盘叶片的刚度得到提高,相同载荷下叶片的最大变形量降低了60%,其前6阶模态频率均较高,加工过程更稳定,加工出的叶片能满足设计要求.      

大行程高精度微驱动系统的建模研究

通过模块化方法,分别对某压电陶瓷驱动的新型大行程、高精度微驱动器驱动部分、传动部分进行物理、数学建模,得到系统的传递函数,并通过matlab软件进行仿真计算,得出系统的开环伯德图,进行稳定性分析,为微驱动系统闭环控制研究提供理论基础。     

航空铝合金铣削加工中切削力的数值模拟研究

为了弥补当前斜角切削数值模拟多采用直线刀刃的不足,结合立铣加工的实际情况,提出了适合立铣加工的螺旋齿单刃斜角切削有限元模型,进而对航空铝合金7050-T7451进行了铣削加工切削力的数值模拟研究,得到了切削力值。通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值,数值模拟结果与实验值比较吻合,从而证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值。铣削加工切削力的数值模拟研究为航空铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制整体结构件的加工变形提供了新的研究手段。