复杂结构件数控加工浮动装夹自适应控制方法

为了减小复杂结构件数控加工产生的变形,满足装夹自适应调整需求,基于浮动装夹加工原理提出了浮动装夹自适应控制方法,研究了基于CAN(Controller Area Network)总线的浮动装夹系统通信、零件受力和变形的监测与检测、基于OPC(OLE for Process Control)的机床状态监测、数控机床和夹具协同控制等关键技术,开发了浮动装夹自适应控制系统。此系统在航空制造企业进行了实际加工应用验证,能够实现装夹自适应调整,满足工业应用需求。     

随形固定自适应夹具加工变形控制方法

叶片的加工精度及其稳定性对航空发动机的性能有直接的影响,由于叶片的薄壁和曲率多变特点,易受装夹、切削力和残余应力的影响而产生弯曲、扭转变形。针对该问题,本文提出了一种随形固定自适应夹具加工变形控制方法,可以将叶片无应力装夹,并将加工过程中产生的变形逐层消除。实验结果表明,采用随性固定自适应夹具加工变形控制方法,可以有效控制叶片加工过程中产生的变形,提高加工精度。     

双臂自适应夹具加工变形控制方法

在叶片加工过程中,由于叶片的薄壁和曲率多变特点,易受装夹、切削力和残余应力的影响而产生弯曲、扭转变形。针对该问题,本文提出了一种双臂自适应夹具加工变形控制方法,将加工过程中产生的变形逐层消除。首先,对叶片的变形成因进行分析;然后,通过对无应力装夹和加工应力释放原理进行研究,设计了一种可提供6个自由度的自适应装夹机构,并对该机构进行了工程设计和机构分析;最后,基于这种6自由度双臂自适应装夹机构,形成了本文提出的加工变形控制工艺,不需多次修复基准和更换机床,就可以逐层消除新产生的变形。实验结果表明,采用双臂夹具自适应加工变形控制方法,可以有效控制叶片加工过程中产生的变形,使叶片的轮廓误差降为原来的50%,提高了其加工精度。     

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。     

多目标约束的精锻叶片几何重构优化算法

新型航空发动机已部分采用精密锻造工艺提高叶片的制造精度和效率。然而,精锻后的叶身型面与设计模型存在几何偏差,导致依据设计模型加工后的进/排气边与精锻的叶身型面不能很好地匹配。为了解决该问题,提出一种面向精锻叶片自适应加工的几何重构方法。首先,建立基于公差约束配准的目标函数,并采用粒子群优化（PSO）算法求解目标函数。其次,提出基于叶身变形趋势预测进/排气边轮廓的光顺重构算法。最后,通过精锻叶片自适应数控加工实验对提出的方案和算法进行验证。实验结果表明,该方案可以有效重构出合格的工艺模型,满足精锻叶片的精密数控加工要求。     

薄壁叶片叶型多工序加工检验模型建立方法

为了提高叶片的加工质量、降低叶片成品的废品率和加工成本，以航空发动机薄壁叶片数控铣削、抛光、振动光饰、喷丸强化的典型加工工艺为研究对象，提出了一种面向多工序的加工变形误差补偿方法及加工检验模型的建立方法。分析各工序的加工变形规律，将多工序变形误差作为一个整体，利用反变形误差补偿方法建立数控精铣工序的加工模型。图纸要求的理论模型只作为最终检验模型，而工序检验模型根据后续加工误差累加对最终检验模型修改得到。通过实例验证，该方法有效地降低了叶片工序检验结论的误判率，保证了工序检验合格及最终检验合格的要求。     

An investigation on adaptively machining the leading and tailing edges of an SPF/DB titanium hollow blade using free-form deformation

Titanium hollow blades are characterized with lightweight and high structural strength, which are widely used in advanced aircraft engines nowadays. Superplastic forming/diffusion bonding (SPF/DB) combined with numerical control (NC) milling is a major solution for manufacturing titanium hollow blades. Due to the shape deviation caused by multiple heat and pressure cycles in the SPF/DB process, it is hard to manufacture the leading and tailing edges by the milling process. This paper presents a new adaptive machining approach using free-form deformation to solve this problem. The actual SPF/DB shape of a hollow blade was firstly inspected by an on-machine measurement method. The measured point data were matched to the nominal SPF/DB shape with an improved ICP algorithm afterwards, by which the point-pairs between the measurement points and their corresponding points on the nominal SPF/DB shape were established, and the maximum modification amount of the final nominal shape was constrained. Based on the displacements between the point-pairs, an accurate FFD volume was iteratively calculated. By embedding the final nominal shape in the deformation space, a new final shape of the hollow blade was built. Finally, a series of measurement and machining tests was performed, the results of which validated the feasibility of the proposed adaptive machining approach.     

复杂薄壁构件自适应加工工艺几何模型重构

随着制造理念和制造水平的不断提高,大量复合制造工艺背景下的近净成形叶片被应用到现役或在研的航空发动机中。该类叶片是典型的复杂薄壁结构零件,无精确定位基准,且成形一致性差。采用传统叶身定位,加工后的前/后缘、榫齿形状和位置精度均难以保证,从而导致产品一致性差,易超差与合格率低。针对以上问题,提出一种面向自适应加工的复杂薄壁结构零件工艺几何模型重构方法。首先,建立复杂曲面的采样点分布模型,快速获取叶片精确成型区域的位置和形状;其次,提出基于特征曲线相似变形的模型重构算法,精确重构前/后缘非精确成型区域的工艺几何模型;最后,通过精锻叶片自适应加工试验进行验证。试验结果表明：该方法可有效满足以精锻叶片为代表的复杂薄壁构件自适应加工要求。     

航空发动机零件加工装夹过程可视化文件生成

目前在航空发动机制造企业中,加工人员通常根据工艺规程完成零件的加工装夹,缺乏专门的加工装夹过程指导性文件,易导致装夹信息表达不直观,产生工件和夹具错装、漏装的现象,针对此类问题,提出一种基于Tecnomatix和3D PDF技术的零件加工装夹过程可视化文件生成方法。该方法首先基于3D PDF开发了加工装夹过程可视化文件模板,并基于Tecnomatix开发了零件加工工艺信息生成模块,然后将加工工艺信息生成模块产生的XML文档和Tecnomatix生成的装夹过程动画导入到可视化模板中,最终生成零件加工装夹过程可视化文件,可实现二维信息与三维装夹动画的实时交互响应,提高零件加工装夹的效率和准确性。     

整体叶盘叶片加工变形控制技术研究

针对五坐标加工中心(MIKRON UCP1350)采用五轴联动方式加工整体叶盘时叶片和刀具受力变形较大的问题,从加工整体叶盘叶片的工艺特点着手,结合传统切削力理论公式计算和加工时叶片的有限元分析,对加工变形控制展开研究.在初步确定切削参数值后,经过试件实际试加工,修正切削参数值使加工后叶片既满足叶型面变形在公差允许范围...     

叶片型面曲率属性对数控铣削加工过程的影响

提出了一种基于曲面曲率属性分析数控铣削加工过程的方法.该方法通过在构建的自由曲面上规划走刀轨迹,建立刀位轨迹等参数曲线,来分析等参数曲线曲率属性对加工干涉和加工带宽度的影响.同时,通过对刀位轨迹和残留高度与曲面曲率属性之间关系的研究,获得了影响数控铣削加工效率、加工精度及发生干涉的一些规律.此外,研究表明通过对刀具半径、残留高度与加工表面曲率之间的吻合关系曲线合理优化,可有效提高加工带宽度.试验结果证明该曲面曲率属性分析数控铣削加工过程的方法是有效的,加工效率可提高5%~8%.      

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.      

铝合金阀门壳体交叉孔数控去毛刺的工艺优化与应用

随着火箭增压输送系统的阀门制造任务日益繁重，阀门零件交叉孔毛刺的去除急需稳定有效的工艺方法。为实现运载火箭铝合金阀门壳体交叉孔相贯线毛刺稳定高效的去除，提出了一种使用过孔刀数控加工去除交叉孔毛刺的工艺方法。设计了过孔刀数控加工去毛刺试验方案，研究了交叉孔相贯线毛刺去除原理，分析了工艺参数对毛刺去除质量的影响规律，得出了铝合金阀门壳体的交叉孔毛刺去除的最优工艺参数。研究表明，该方法能在交叉孔相贯线位置形成过渡圆角，实现了铝合金交叉孔毛刺稳定高效的去除，在航天阀门产品应用中取得了良好的加工效果。     

航空发动机叶片加工变形控制技术研究现状

叶片的加工精度及其稳定性对航空发动机的性能有直接的影响,然而,其加工难度较大,型面轮廓精度和表面质量很难稳定地达到设计要求。为此,国内外研究者提出了许多叶片加工变形的控制方法。在深入分析叶片变形形成机理的基础上,对现有的叶片加工变形控制方法进行分类总结和分析,阐述了不同叶片变形控制方法的原理和特点。同时,结合目前叶片的结构特点、材料特性和主要加工工艺难题指出,控制叶片型面的加工残余应力变形是实现20μm级叶片型面加工精度的关键,并且指出利用超硬砂轮悬臂高速磨削加工是实现中小型叶片型面综合变形控制的有效方法之一。     

整体叶盘数控砂带磨削技术及其试验

针对航空发动机整体叶盘结构复杂、材料难加工,铣削加工后粗糙度无法达到设计要求,铣削纹理明显,目前的手工抛光难以满足整体叶盘表面质量和型面精度要求的现状,提出了整体叶盘数控砂带磨削技术及其工艺试验。概述了整体叶盘砂带磨削研究进展,分别从新型砂带磨削技术和自适应砂带磨削技术等方面阐述了整体叶盘全型面数控砂带磨削技术。介绍了整体叶盘全型面数控砂带磨削试验装置及其数控磨削加工软件,利用该装置完成了4种不同级别的整体叶盘精密磨削加工试验。结果表明:整体叶盘磨削后,表面粗糙度小于0.4μm,型线精度小于0.05mm,同时型面精度一致性显著提高。     

航空发动机整体叶盘磨料水射流开坯加工技术研究进展

整体叶盘结构是航空发动机技术发展的一个重要方向，且多采用难加工材料，如何实现整体叶盘高质高效加工是机械制造领域亟待解决的难题之一。通过高压磨料水射流（AWJ）加工技术实现整体叶盘毛坯的开坯粗加工，是一种有效缩短整体叶盘加工周期、降低昂贵铣削刀具成本、提高开坯效率的工艺手段。本文就磨料水射流加工材料去除机理、复杂曲面轨迹优化、多物理量和机械量参数组合优化和整体叶盘开坯设备概述了国内外的研究现状，在此基础上，针对当前具有复杂曲面结构的整体叶盘开坯面临的关键问题，提出了若干解决思路和技术途径，指出了高压磨料水射流在复杂曲面零件高效加工中的发展趋势。     

陀螺仪壳体组件精密车削加工技术研究

本文以精密制造车间数字化制造系统为平台,在陀螺仪壳体组件结构特点分析的基础上,选用合适刀具角度和切削参数,减少陀螺仪壳体组件加工过程中结构变形.设计专用工装,优化精密车削时工件装夹方式,提高陀螺仪壳体组件的加工精度和加工稳定性,实现陀螺仪壳体组件的高精密加工.     

工序模型驱动的航空发动机零件机加夹具变型设计方法

航空发动机新机研制过程中设计更改频繁,导致机加夹具修改工作量大。为提高机加夹具设计对航空发动机零件设计变更的响应速度,基于产品主模型思想,提出了一种工序模型驱动的航空发动机零件机加夹具变型设计方法。通过分析航空发动机零件机加夹具的设计特点,明确航空发动机零件机加夹具结构与机加工序模型装夹特征之间的关联关系,在此基础上构建航空发动机零件机加夹具变型设计主模型;通过设计同构零件装夹特征映射算法,将工序模型与夹具变型设计主模型中的装夹特征自动关联,实现工序模型与夹具变型设计主模型之间的设计参数联动;针对夹具结构中各类元件的资源特性,给出了不同类型夹具元件的变型策略,以提高夹具变型设计中各类元件资源的重用水平。最后,以铣削机匣外型面的夹具为例,验证了本文所提方法的可行性。     

微小整体叶轮五轴联动微细铣削加工试验研究

微小整体叶轮作为微型发动机的重要组成部分,其加工质量直接影响微型发动机的使用性能。针对微小整体式复杂叶轮流道狭窄、叶片扭曲大和长厚比大等特点,开展了微小复杂扭曲整体式叶轮五轴联动微细铣削加工方法研究。针对微小叶轮加工过程极易发生变形、过切和碰撞干涉等问题,对微小叶轮的加工过程进行工艺规划,建立了微小叶轮流道加工刀具选择的约束方程,计算出叶轮加工刀具的最大理论直径。通过CAM软件对叶轮进行切削仿真,验证了刀具选择和工艺规划的正确性。通过五轴联动微细铣削试验,得到了具有6个直径10mm的叶片、叶片最小厚度0.15mm、叶片最小相邻间距0.58mm的7075铝合金微小整体叶轮。     

轮廓度约束下近净成形叶片余量优化方法

针对近净成形的叶片在自适应精加工中余量不均这一问题,提出了考虑叶型截面线轮廓度公差约束的余量优化方法。在设计基准与加工基准配准的条件下,改变工件做刚性位移的余量优化思路,建立一种新的叶身优化模型,避免优化后叶片检测处的截面线超出轮廓度公差,提升叶片余量优化阶段寻找到目标加工曲面的能力。最后以某压气机叶片为例进行验证,此方法不仅能够保证叶身加工余量,还能同时满足型面检测处的轮廓度公差,为近净成形的叶片在自适应加工中提供一种新的余量优化方法。