基于非均匀余量的整体叶轮加工工艺优化策略

针对超薄结构叶片整体叶轮在制造过程中叶片产生较大的变形和切削振动,使用非均匀余量加工工艺方案,减小叶片变形提高加工质量。分析了集中载荷对薄壁结构和加厚结构变形的影响,对生产中的叶轮叶片进行非均匀余量加工工艺设计,依据优化后的工艺对叶轮进行刀具轨迹规划并进行加工试验,结果显示该工艺优化策略能有效减小超薄叶片的铣削振动和铣削变形,最大误差优化率为54.47%,平均误差优化率为52.57%,对类似高度与平均厚度比值较大且叶片扭转曲率较大的复杂零件的实际加工有一定的指导意义。     

直纹面叶轮刀具轨迹规划的研究(英文)

At present, most commercial computer-aided manufacturing （CAM） systems are deficient in efficiency and performances on generating tool path during machining impellers. To solve the problem, this article develops a special software to plan cutting path for ruled surface impellers. An approximation algorithm to generate cutting path for machining integral ruled surface impellers is proposed. By fitting sampling data points of an impeller blade into a curve, a model of ruled surface blade of an impeller is built up. Furthermore, by calculating the points where the cutter axis vector intersects the free-form hub surface of an impeller, problems about, for instance, the ambiguity in calculation and machining the wide blade surface with a short flute cutter are solved. Finally, an integral impeller cutting path is planned by way of an integrated cutter location control algorithm. Simulation and machining tests with an impeller are performed on a 5-axis computer numerically controlled （CNC） mill machine, which shows the feasibility of the proposed algorithm.     

基于灰色关联分析的微量润滑系统工艺参数优化

为解决钛合金铣削加工中微量润滑系统工艺参数优化问题,采用正交试验法以空气流量、切削液用量、切削液浓度为变量,表面粗糙度Ra和切削力为评价指标开展钛合金微量润滑铣削试验。基于灰色关联和主成分分析法对微量润滑系统工艺参数进行多目标优化,通过分析各因素对灰色关联度的影响规律,确定了最佳系统参数组合为空气流量90L/min、切削液用量15mL/h、切削液浓度70%。经验证优化后的工艺参数可有效提高工件表面质量,减小切削力,为合理选择微量润滑系统工艺参数提供了参考依据。     

通道曲面的柱面逼近方法及其在叶轮插铣中的应用

为了使叶轮粗加工后的通道表面与其设计曲面尽可能接近,将整体叶轮的定轴插铣理论模型概括为通道曲面的最大内接柱面优化问题。同时,为简化该问题的计算难度,将最大内接柱面的优化问题转化为柱面直母线方向和柱面准线的确定两个步骤。提出了确定内接柱面直母线方向的最小二乘模型与解算方法,在此基础上,将通道曲面沿柱面的直母线方向进行投影,通过相关曲线间的裁剪操作,获得了最大内接柱面的准线。以最大内接柱面的准线作为插铣加工时的边界曲线,以柱面直母线方向作为插铣加工时平头刀的轴线方向,给出了计算刀心位置和安全高度的迭代算法。最后通过数值算例验证了所提方法的正确性。该方法将有助于叶轮粗加工效率的提高,同时为叶轮的精加工预留较均匀的加工余量。     

A trajectory planning method on error compensation of residual height for aero-engine blades of robotic belt grinding

While the traditional trajectory planning methods are used in robotic belt grinding of blades with an uneven machining allowance distribution, it is hard to obtain the preferable profile accuracy and surface quality to meet the high-performance requirements of aero-engine. To solve this problem, a novel trajectory planning method is proposed in this paper by considering the developed interpolation algorithm and the machining allowance threshold. The residual height error obtained from grinding e...     

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。     

三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅱ——数控电解预加工

数控电解预加工是组合电加工技术中不可或缺的关键工艺,本文专题论述了三元流闭式叶轮数控电解预加工中阴极及其运动轨迹设计等关键技术。提出了采用多个阴极分区域加工流道的方法,利用先层切再叠加的方法将三维问题简化为二维问题处理而实现阴极加工型面的数值求解。在完成阴极结构优化设计专用工装夹具设计和数控加工程序编制的基础上,以某型三元流闭式叶轮为研究对象进行了加工工艺试验,并加工了符合设计要求的三元流闭式叶轮。试验研究表明,采取数控电解预加工工艺方案能够满足实际生产要求,可提高效率40%,降低电火花加工的电极损耗50%。     

An automated approach to calculating the maximum diameters of multiple cutters and their paths for sectional milling of centrifugal impellers on a 4?-axis CNC machine

Power generators and chemical engineering compressors include heavy and large centrifugal impellers. To produce these impellers in high-speed machining, a 4?-axis milling machine(or a 4-axis machine plus an indexing table) is often used in the industry, which is more rigid than a5-axis milling machine. Since impeller blades are designed with complex B-spline surfaces and impeller channels spaces vary significantly, it is more efficient to use multiple cutters as large as possible to cut a channel in sections and a blade surface in patches, instead of only using a small cutter to machine a whole blade and a channel. Unfortunately, no approach has been established to automatically calculate the largest diameters of cutters and their paths, which include the indexing table angles. To address this problem, an automated and optimization approach is proposed. Based on the structure of a 4?-axis machine, a geometric model for a cutter gouging/interfering the impeller is formulated, and an optimization model of the cutter diameter in terms of the indexing table angle is established at a cutter contact(CC) point on a blade surface. Then, the diameters of the tools,their orientations, and the indexing table angles are optimized, and each tool's paths are generated for machining its corresponding impeller section. As a test, an impeller is efficiently machined with these tools section by section; thus, this approach is valid. It can be directly used in the industry to improve efficiency of machining centrifugal impellers.     

五轴联动高速加工螺旋桨叶轮的关键技术研究

为提高整体叶轮的五轴高速加工精度和加工效率,利用B样条方法通过调整偏离权和光顺项权得到理想的二阶连续的桨叶曲面.把叶轮的CAD几何模型导入到CAM加工模块中,通过对五轴高速加工工艺规划的研究和加工参数的选择,计算出叶轮的加工刀轨路径,并通过后置处理得到符合MIKRONUCP800数控机床的NC代码并加工出叶轮产品.     

基于最小加工表面裂纹的TiAl合金铣削参数优化

TiAl合金以其优异的性能被广泛应用于航空、航天制造领域,但由于TiAl合金自身的物理、化学特性,导致其切削性能较差,加工过程中容易出现工件表面烧伤、表面微裂纹等问题。为了研究TiAl合金铣削加工过程中切削工艺参数对加工表面裂纹的影响规律,设计了TiAl合金切削参数与加工表面裂纹之间的正交试验。结果表明:切削速度对TiAl合金铣削表面裂纹的影响最大,其次是切削深度和切削宽度,每齿进给量对表面裂纹的影响最小。基于遗传算法,以表面裂纹长度为目标函数,优化得到的最优参数组合为:ae=0. 2 mm、ap=0. 2003 mm/z、fz=0. 02001 mm/z、vc=20. 0004 m/min。采用优化后的参数铣削TiAl合金,发现工件表面的实际加工裂纹长度和经过算法优化的裂纹长度相差较小,该优化方法可行性较高,误差较小。     

滚动轴承加工质量与振动的灰色关联度

已经证明零件的加工质量对轴承振动会产生一定的影响,但现有的研究没有比较各种质量指标对轴承振动的影响程度。为此,通过实验研究,比较并评价不同性质的加工质量指标对轴承振动的影响程度。在研究中,采用两种航空轴承。考虑到统计理论的适用条件,采用了灰色系统理论。研究结果表明:结构尺寸误差参数对轴承振动的影响比较大,宏观形状误差参数和微观形貌参数对轴承振动的影响比较小。这表示轴承的宏观形状误差和微观形貌误差已经达到比较高的质量水平,以至于对轴承振动的影响不再成为主要因素,而轴承的结构尺寸参数及其公差存在着设计方法上的一些问题,从而成为影响轴承振动的主要因素。     

多目标跟踪中自适应时间资源调度

为了提高雷达的工作效率,在改进交瓦多模型-概率数据关联(IMMPDA)跟踪算法的基础上,提出了基于灰色关联度和粒子群优化理论的自适应多目标跟踪的时间资源凋度(ATRS)算法.首先对每个跟踪目标设置不同的期望跟踪精度;然后以灰色关联度作为资源管理模型中的度冒函数和粒子群算法中的适应度甬数,来衡量各种情况下预测跟踪精度与期...     

基于动力学仿真技术的TC4整体叶轮铣削参数优化

针对某航空发动机TC4整体叶轮在数控加工过程中存在颤振、加工效率低及因加工变形而导致局部超差等问题,提出了相应的铣削参数优化解决方案。在进行切削力系数辨识试验获取TC4材料的切削力系数及锤击试验获取加工系统动力学特性参数的基础上,通过综合使用自行开发的铣削加工动力学仿真软件SimuCut和国外的CutPro软件进行动力学仿真与优化,获得了优化的切削参数。使用优化的切削参数进行加工,有效地消除了颤振和因加工变形引起的局部超差,提高了加工效率。     

一种复杂空间飞网系统参数优化设计方法

由轻质软绳索编织而成的空间飞网是为非合作目标捕获而提出的空间系统概念,在空间碎片和废弃航天器处理方面具有很大的应用潜力。从平台抛射出后,飞网在空间形成不稳定的网形,且网形变化规律受初始参数设计的影响较大。针对空间飞网系统设计与试验中系统参数匹配问题,本文提出以容错值作为飞网展开性能的定量描述,从捕获任务的层面,建立面向捕获容错的空间飞网系统参数优化数学模型;以抓捕固定距离、确定大小的目标任务为算例,联合Isight优化平台与ANSYS/LS-Dyna求解,得到飞网系统最优参数匹配,算例仿真结果表明结果的适用性;最后,利用试验设计和极差分析方法验证最优点的稳定性。研究的模型与方法为开展空间飞网系统地面及空间试验等工程应用提供理论依据。     

用于概念设计的离心泵叶轮多目标优化

用两种多目标优化方法对某型液体火箭发动机氧化剂泵叶轮进行多目标优化设计.在优化过程中, 以泵的扬程、效率和泵质量为优化目标, 对叶轮的主要几何参数进行优化.用NCGA(Neighborhood Culti-vation Genetic Algorithm)方法得到优化问题的Pareto前沿;用超传递近似法得到分目标的最佳权值, 进而采用评价函数法求出优化问题的最佳设计值.并分析了主要结构参数对泵性能参数的影响.      

三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅰ——总体方案设计及关键技术

针对难切削材料三元流闭式叶轮上复杂弯扭型腔的加工难题,提出数控电解(NC-ECM)/数控电火花(NC-EDM)组合加工数字化制造技术方案。本文重点论述了其总体方案设计及关键技术,包括总体工艺流程设计,数控电解预加工中阴极及运动轨迹设计,数控电火花精加工中电极及加工轨迹设计,工装夹具设计以及加工参数的选择与优化等问题。成功试制了合格的某型三元流闭式叶轮,试验结果表明,组合电加工技术能够满足三元流闭式叶轮的实际生产要求。     

Influence mechanism of machining angles on force induced error and their selection in five axis bullnose end milling

In the machining of complicated surfaces, the cutters with large length/diameter ratios are used widely and the deformation of the machining system is one of the principal error sources. During the process planning stage, the cutting direction angle, the cutter lead and tilt angles are usually optimized to minimize the force induced error. It may lead to a low machining efficiency for bullnose end mills, as the material removal rates are different largely for different machining angles. In this paper, the influence mechanism of the machining angles on the force induced error is studied based on the models of the instantaneous cutting force when the cutter flute traveling through the cutting contact point and the stiffness of the machining system. In order to evaluate the machining angles, the force induced error/efficiency indicator (FEI) is defined as the division of the force induced error and the equal volume sphere of the removed material. FEI is dimensionless, with the lower FEI, the lower force induced error and the higher machining efficiency. For optimal selection of the machining angles, the critical FEI is calculated with the constraint of force induced error and the desired material removal rate, and the critical FEI separate the set of the machining angles into two subsets. After the feed rate scheduling process, the machining angles in the optimal subset would have higher machining accuracy and efficiency, while the machining angles in the other subset have lower machining accuracy and efficiency. Through the machining experiment of five axis machining and freeform surface machining, the effectiveness and superiority of the proposed FEI method is verified with a bullnose end mill, which can improve the machining efficiency with the constraint of force induced error.     

数控展成电解加工整体叶轮的研究与应用

针对整体叶轮扭曲叶片型面的加工提出一种新方法--数控展成电解加工,介绍了这种加工方法的机床及多轴联动方法,给出曲面处理及数控编程方法。通过对展成加工过程的分析和简化,进行了成型规律研究,得出加工中存在的理论误差表达式,提出改进方案消除了部分加工误差,并通过试验验证。用这种加工方式已加工出符合要求的整体叶轮,并已在航空发动机中装机使用。     

端点误差控制刀位算法的改进

 对端点误差控制数控加工刀位算法进行了改进：采用2个端点间偏置距离代替它们的参数差值用于衡量加工带宽和进行加工误差控制，提出了一种新的采用循环迭代计算刀具旋转角度的方法，并给出了格点法对偏置方向角进行优化的过程；使得算法不受具体的曲面参数化方式影响，简化了刀具定位时计算量，刀位得到了充分的优化。利用UG二次开发技术进行的实例计算表明：设置走刀方向沿着曲面的最小主曲率方向比沿着曲面的最大主曲率方向加工带宽更宽，前者应该是该算法的最优走刀方向，而且沿着最优方向走刀的优化刀位和多点切触加工算法得到的加工刀位一致,该算法也比多点切触加工算法有更大的适应性。     

基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法

目前环形刀具的刀位算法均未考虑圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角,因而在理论上存在较大的编程误差。针对实际使用刀具为非圆截面环形刀具的情况,通过对环形刀具的截面曲线进行分析,提出了一种基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法。首先利用经线法求解出刀具表面和工件曲面之间的误差分布,然后根据此误差分布来调整刀具位置和姿态,使刀具表面与设计曲面在不发生干涉的情况下实现密切接触,从而得到刀具在指定定位点处的最优刀位。仿真结果表明,传统的五坐标刀位算法会产生较大的加工误差,而本文提出的算法消除了圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角所引起的加工误差,可有效提高复杂曲面的加工精度并获得满足给定编程公差的优化刀位。