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。     

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。     

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。     

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。     

被动阻尼减振技术及数控加工应用

切削颤振导致工件加工表面质量恶化、切削效率降低以及刀具磨损加剧等系列危害.抑制颤振对航空制造业实现高质、高效加工有重要意义,尤其是在薄壁件加工时.作为工程领域振动抑制的一种重要方法,被动阻尼减振技术实施简单、效果明显、可靠性较高,在切削领域的应用正逐渐得到重视.     

智能加工技术在切削颤振在线抑制中的应用

具有薄壁结构的关键航空零部件在切削过程中不可避免发生颤振现象。为提高工件表面质量,在加工过程中对颤振进行准确识别和有效控制已成为该领域的主要研究方向。而对于颤振在线辨识和抑制功能的实现,必须开发集成先进传感器和智能控制算法的智能数控系统,并保证系统中各功能模块线程协调运行。因此,在航空薄壁件的精密加工过程中,利用智能加工技术对切削颤振进行实时辨识和在线抑制将成为未来数控加工技术的发展趋势。     

薄壁通壳体类零件加工技术

以铝合金薄壁通壳体零件为例,对工件的定位、装夹、刀具的选择、切削参数设置、程序的编制等方面进行了探索,从而有效地克服了薄壁通壳体类零件在加工过程中出现的颤振、变形、表面质量差、尺寸精度低等问题,并大幅缩短了加工时间。     

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...     

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.     

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。     

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...     

立铣加工颤振稳定性时域求解与分析研究(英文)

In this paper, the instantaneous undeformed chip thickness is modeled to include the dynamic modulation caused by the tool vibration while the dynamic regenerative effects are taken into account. The numerical method is used to solve the differential equations goveming the dynamics of the milling system. Several chatter detection criteria are applied synthetically to the simulated signals and the stability diagram is obtained in time-domain. The simulation results in time-domain show a good agreement with the analytical prediction, which is validated by the cutting experiments. By simulating the chatter stability lobes in the time-domain and analyzing the influences of different spindle speeds on the vibration amplitudes of the tool under a Fixed chip-load condition, conclusions could be drawn as follows： In rough milling, higher machining efficiency can be achieved by selecting a spindle speed corresponding to the axial depth of cut in accordance with the simulated chatter stability lobes, and in Fmish milling, lower surface roughness can be achieved by selecting a spindle speed well beyond the resonant frequency of machining system.     

基于粘弹性材料的五轴铣削加工被动抑振技术

针对薄壁件在铣削过程中极易出现颤振,且动力学特性快速变化导致切削稳定性多变的特点,研究基于粘弹性材料的被动阻尼技术,以增加薄壁零件阻尼、提升切削稳定性。提出阻尼层、约束层以及质量层的设计方案,模态试验表明该技术能大幅提升薄壁件阻尼,且对多阶振动模态有抑制作用。最后,将其应用于薄壁S样件的五轴铣削加工试验,多组切削参数下的试验结果表明,工件切削振动幅值最大可下降约97%。     

钛合金TC4高速铣削表面完整性的研究

研究了钛合金TC4材料在高速铣削与常规铣削参数条件下的加工表面完整性 ,表明高速铣削在提高制造效率和改善表面质量上都是非常有益的 ,值得在飞机薄壁结构件生产中推广应用     

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...     

某型机化铣零件成形工艺

化铣是一种能使表面形状复杂、加工精度要求高的零件达到加工要求的表面处理方法。铝合金的化学铣切已经成为航空工业零件成形的可靠加工方法,尤其是在加工飞机蒙皮时要比用传统的机械加工方法优越得多。本文对某型机零件表面出现锤痕现象进行了技术分析,发现其锤痕原因是由于成形零件用榔头校形而造成。同时,提出了采用钣金"一步成形法"即在淬火时效期内进行零件成形后再化铣的工艺方法。     

热处理状态对LD10 铝合金化铣表面质量的影响

为了解决运载火箭结构中口盖零件化铣后表面质量较差的问题,对LD10 铝合金板材的化铣加

工进行了试验研究。采取同批次、相同变形量、不同热处理状态(淬火+人工时效、淬火+过时效)的零件在相同

的化铣工艺参数下进行试验,并对零件的化学成分、金相组织进行了分析。理论研究及试验结果表明:LD10 铝

合金的化铣表面质量与加工前热处理状态有关,退火状态及淬火+人工时效状态的零件化铣后表面质量较好,

在不影响力学性能的前提下,可采用过时效处理提高化铣表面质量。

     

High precision and efficiency robotic milling of complex parts:Challenges,approaches and trends

Due to the advantages of large workspace, low cost and the integrated vision/force sensing, robotic milling has become an important way for machining of complex parts. In recent years,many scholars have studied the problems existing in the applications of robotic milling, and lots of results have been made in the dynamics, pose planning, deformation control etc., which provides theoretical guidance for high precision and high efficiency of robotic milling. From the perspective of complex parts r...