航空发动机叶片机器人精密砂带磨削研究现状及发展趋势

航空发动机叶片的型面精度及表面完整性对其疲劳寿命和气流动力性等影响巨大。机器人砂带磨削由于其灵活性好、易于调度、通用性强等特点成为提高叶片表面完整性的有效加工方法之一，但是工业机器人一般仅适用于粗加工，而对于半精加工以及精加工，提高机器人的定位精度是决定加工质量的关键问题。因此，对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行归纳总结，为实现叶片精密磨削提供参考。首先，对叶片机器人砂带磨削系统的组成和结构形式进行了论述，从磨削接触廓形、材料去除规律和表面完整性等方面对砂带磨削机理进行了分析；其次，分别从基于CAD模型、数学模型和人工知识学习三方面总结了叶片机器人砂带磨削轨迹规划方法；然后，对叶片机器人砂带磨削运动控制技术研究进行了介绍，并分析了叶片机器人砂带磨削系统及集成技术；最后，对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行了总结，在此基础上对其发展趋势进行了分析。     

机器人自适应砂带磨削镍基高温合金精铸叶片试验研究

镍基高温合金精铸叶片由于其铸造余量大、定位无基准等,在加工时难以保证其加工精度。采用机器人砂带磨削方式并结合自适应加工技术,对镍基高温合金航空发动机精铸叶片进行磨削。通过对精铸叶片采用三坐标6点迭代的方式,确定航发叶片相对于夹具的位置;然后进行轨迹规划并提取点位信息,建立四阶齐次矩阵反求出机器人运动轨迹,保证磨削位姿和磨削参数;最后根据叶片型面余量信息,采用自适应加工方法,对航发精铸叶片进行定量的材料去除,保证其加工精度。     

一种机器人砂带磨削的路径规划方法(英文)

机器人砂带磨削系统具有弹性接触和宽行加工两个显著优点,被广泛应用在具有复杂工件的终加工领域,提高表面质量和加工效率。有关在曲率约束下的磨削路径规划研究较为少见。由于工件与接触轮之间存在复杂的弹性接触,因此,机器人磨削路径可以利用接触运动学的一般方法来求解。机器人砂带磨削过程且需要满足一般的砂带磨削工艺要求,其中最重要的是保证接触轮与工件的局部几何特征贴合。在曲率较小的局部,相邻刀位点的弧长加大,以保证加工效率。相反地,在曲率较大的局部,相邻刀位点的弧长较小,以保证加工精度。利用一系列平面与目标曲面相截,得到相应的截平面的轮廓曲线。对于任意一条轮廓线,优化相邻刀位点之间的弧长,在曲率较大的局部增加一个中间刀位点。本文提出了一种包含弧长优化和主曲率匹配的磨削路径生产方法,通过离线仿真验证了有效性,并利用该方法提高了曲面的磨削质量。该路径规划方法为生成光顺且精确的机器人曲面磨削路径提供了理论依据。     

航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术及其试验研究

压气机钛合金叶片为航空发动机关键零部件,其制造质量和加工精度对整机工作性能有至关重要的影响。由于该叶片型面结构复杂,打磨工作常由人工完成,其打磨效率低,打磨质量一致性难以保证。对航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术进行分析,并进行了相关试验研究。试验结果表明钛合金叶片的机器人浮动砂带磨削技术能适应钛合金叶片的打磨要求,打磨后的叶片表面粗糙度Ra在0.4μm以内,表面三维形貌一致性较好,磨削后的进排气边的形状保持一定的圆度状态。     

航空发动机叶片精密自适应砂带磨削技术及试验研究

叶片的型面精度和表面完整性直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。由于叶片具有薄壁易变形、材料难加工及砂带磨削柔性接触等特征而难以实现精密磨削,由此提出了一种基于检测—加工一体化的自适应砂带磨削加工方法。首先根据叶片结构特点,设计了边缘磨削工位磨头和圆角磨削工位磨头,分别用于磨削叶片型面及进排气边缘、阻尼台及根部转角等部位;其次基于模型重构的几何误差进行了自适应软件的研制;最后通过双工位集成的七轴联动数控砂带磨削中心进行了叶片磨削试验。试验结果表明,磨削后的叶片表面粗糙度Ra≤0.4μm,加工误差保持在±0.05mm范围内,叶片型面磨削加工周期仅为3.5h,满足叶片加工要求。因此,自适应砂带磨削技术是实现叶片精密磨削加工的有效技术手段。     

蜂窝结构的电火花磨削技术

介绍对罗．罗发动机扇形密封件的加工，阐述了ＲＤＩＡ型数控电火花机床对复杂型面峰结构电火花磨削的技术要点。     

垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布的影响

针对垂直磨削中磨削痕迹分布规律不明晰而使得磨削表面质量难以准确控制的问题,开展垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布规律影响的研究。依据单颗磨粒磨削痕迹分布方程、仿真分析和探讨了砂轮转速、工件转速、进给速度、转速比和相移对磨削痕迹分布的影响,基于磨削参数对磨削痕迹分布和残留高度的影响,优选出了磨削痕迹分布相对合理的磨削参数组合,并进行磨削加工对比实验。结果表明,垂直磨削法中,磨削参数通过改变磨削痕迹的长度、间距、数量、位置关系和分布情况等影响磨削后工件的表面质量。其中,相移的大小会影响磨削痕迹的首尾相接与相互错开情况,直接决定着磨削纹理的形成与否,进而成为影响磨削后工件表面质量的关键因素;此外,尽管磨削参数中工件转速相差很小,但磨削痕迹分布状况会出现显著的差异,进而导致工件表面纹理和破碎情况显著不同及表面粗糙度Ra存在59~125 nm的差距。因此,基于磨削参数对磨削痕迹分布的影响,合理的匹配磨削加工参数可大幅提高工件表面质量。     

航发涡轮叶片气膜孔的磨削加工实验

针对目前航空发动机涡轮叶片气膜孔加工精度低和重熔层难去除的问题,提出了"电火花打孔、磨削扩孔"的新型气膜孔加工工艺,研制出小孔磨削专用微细CBN砂轮并对电火花气膜孔进行了磨削工艺实验。实验结果表明:经磨削加工后气膜孔圆度降低50.9%,孔径尺寸标准差降低90.7%,表面粗糙度降低65.9%,重熔层被全部去除,证明了航发涡轮叶片气膜孔磨削加工的可行性。     

二维超声磨削纳米陶瓷的磨削温度特性研究

采用人工热电偶法,通过普通磨削和二维超声振动磨削对比实验,对纳米ZrO2陶瓷材料平面磨削温度进行了实验研究,并对磨削参数与磨削温度的关系,进行了理论分析及实验验证。     

用于磨削的加工中心

罗·罗公司研制了一种新技术 ,称为Ｖｉｐｅｒ磨削 ,用于制造飞机发动机的Ｉｎｃｏｎｅｌ零件 ,代替蠕动进给磨削机 ,大大节省了资金投入、装配时间、生产成本和研制周期。ＮＣＭＴ机床厂提供加工中心 ,与日本Ｍａｋｉｎｏ制造厂有合同关系。目前已有 13台Ｍａｋｉｎｏ加工中心安装在罗·罗公司的工厂中用于加工压缩机叶片、涡轮叶片和发动机壳体。磨削和铣削可在同一机床上进行。有的机床还可循环去毛刺。Ｍａｋｉｎｏ卧式加工中心能够进行内外磨削 ,其优点是具有刚性结构 ,有效的切屑、冷却剂防护和管理以及速度为 50～ 2 0 0 0 0ｒ/ｍｉ…     

基于数值模拟的内斜齿轮成形磨削 砂轮修形方法

针对内斜齿轮数控成形磨削中较难解决的磨削干涉问题,研究了内斜齿轮成形磨削的砂轮修形方法.在建立内斜齿轮成形磨削数学模型的基础上,用截圆法得到磨削内斜齿轮时砂轮与齿槽接触点所满足的条件方程组,通过牛顿迭代法解此方程组求出砂轮廓形.用数值法模拟出所求砂轮的实际磨削齿形并与理论渐开线齿形作比较,以检验磨削是否干涉及砂轮半径和安装角的选取是否正确.基于 Visual C++ 6.0 编制内斜齿轮砂轮修形及误差分析软件,通过仿真正确选择砂轮安装角、砂轮半径,并输出数控砂轮修整程序.最后通过磨削和检测实例,验证了理论的正确性和软件的可行性.      

超精密磨削中的超硬砂轮修整技术

论述了超精密磨削中广泛应用的几种超硬砂轮修整技术,分析了它们的工作原理,特点和适用范围.     

自适应端齿研磨机的设计与工艺研究

为提高端齿盘研磨精度和研磨效率,从分析端齿盘加工需求出发,改进现有研磨工艺,介绍了一种自适应找正的专用高精度、高效率端齿研磨机床的总体设计方案及其关键零部件,并通过试验验证研磨加工的端齿盘分度精度达到0.5″,能够满足端齿盘研磨加工的要求。     

Al2O3陶瓷蠕动进给超声磨削加工表面质量的试验研究

为探索利用简单形状砂轮对陶瓷材料进行数控展成型面超声磨削,通过对Al2O3陶瓷进行蠕动进给超声磨削和机械磨削对比试验研究,探索各加工参数对磨削表面质量的影响规律.结果表明:超声振动方向与蠕动进给方向平行时可降低表面粗糙度值,而超声振动方向与蠕动进给方向垂直时则不利于改善加工表面质量;在超声磨削条件下,为了提高加工表面质量,应采取较小的磨削深度、较低的进给速度和适当高的磨削速度以及复合进给磨削方式.结合试验结果理论分析了蠕动进给超声磨削和蠕动进给机械磨削加工机理,并根据试验结果选择磨削参数进行了陶瓷叶片型面超声磨削的可行性试验.     

断续缓磨射流冲击强化磨削弧区换热的实验研究

通过深切缓磨时磨削烧伤机理的分析,提出高压射流冲击强化磨削弧区换热新构想,并通过断续缓磨射流侧向冲击弧区的磨削实验显示其换热效果．     

TC4钛合金高效磨削加工用环形热管砂轮的研制

针对航空航天高强韧性难加工材料TC4钛合金在磨削加工中存在磨削温度高而导致工件表面烧伤的问题,提出利用热管换热技术冷却磨削弧区的新方法.分析了环形热管砂轮在加工中对磨削弧区的强化换热原理,并设计制作出能够用于磨削加工的环形热管砂轮,同时实现了对砂轮基体内环形管腔的密封、抽真空、精确注液与机械式真空封口.最后,在相同磨削工艺条件下,使用环形热管砂轮和无热管砂轮进行TC4钛合金缓进给深切磨削对比试验,验证了环形热管砂轮对磨削弧区温度的控制效果.试验结果表明:设计制作的环形热管砂轮在TC4钛合金高效磨削过程中可以有效降低磨削温度,避免工件表面出现烧伤.     

在线测量技术在精密磨床中的应用

通过为数控精密磨床装配雷尼绍测头,详细介绍了在线测量在数字控精密磨床系统的构成、工作原理、数据处理方法以及磨削实验结果,使其具备在线测量功能,实现了产品的测量、加工一体化。     

平面磨削形状误差的分析

提出了平面磨削形状误差的产生模型,并通过实验验证了其模型的合理性,同时揭示了各种要素对形状误差的影响规律,选定了能使形状误差最小的磨削加工条件。     

超高速磨削及应用

介绍了超高速磨削的原理,对超高速磨削的应用和优势进行了阐述,并分析了实现超高速磨削的相关技术条件,综述了我国在超高速磨削研究方面的工作.