基于双三次B样条插值的薄壁件加工误差补偿方法

以薄壁件加工过程为研究对象,针对薄壁件加工的误差预测、补偿问题,提出一种基于双三次B样条插值的薄壁件加工误差补偿方法.在获得薄壁件历史加工数据的基础上,运用插值理论建立误差模型,得到误差分布规律,考虑切削力与弹性变形之间的迭代影响建立误差补偿方法.该方法综合考虑了弹性变形、热误差、几何误差等多种误差源,通过数值分析方法建立误差模型,避免以往薄壁件误差建模中误差源分析不全、解析困难的弊端,最终以薄板工件为例,通过实验验证,应用该误差补偿方法可有效提高薄壁件的加工精度.     

某导向器叶片加工工艺分析

分析了导向器叶片主要工序加工方法和多次焊接变形问题，确定了合理的加工工艺，减少了零部件焊接对加工的影响，加工出合格产品。     

航空发动机整体叶盘叶片预变形控制研究

数控加工是航空发动机整体叶盘最主要的加工方法,数控加工工序是保证整体叶盘几何精度符合设计要求的重要环节。按照设计三维数模精铣后的叶片型面虽满足图纸尺寸公差,但后续叶片表面光整及强化工艺会对叶型特征产生不同程度的影响,导致最终叶型几何特性超出设计要求。通过对抛光、振动光饰、喷丸等表面光整及强化工艺进行分析,确定其对叶型参数的影响规律及量值,再根据预变形技术对精铣工序的加工模型和程序进行修正,使叶片在精洗后获得与后续表面光整及强化工艺变形规律相反的形状和位置,再在后续加工中消除这些预变形量,从而达到在最终交付状态获得合格整体叶盘的目标。     

薄壁件加工变形主动补偿方法

研究薄壁件加工过程中受力变形产生的回弹误差控制,提出了分层完全补偿和优化补偿两种加工路径补偿方法,建立了加工路径补偿优化模型,考虑了多次走刀间加工变形和切削力的耦合作用,并应用迭代算法求解路径补偿优化模型。以航空薄壁件单刃端铣加工为例,对完全补偿、分层完全补偿和优化补偿进行了仿真分析和试验分析。结果表明,分层完全补偿和优化补偿能更好地减少加工误差,为薄壁件受力变形控制提供了参考依据。     

复杂曲面五轴数控加工中刀具位置优化

针对复杂曲面五轴数控加工的刀具位置优化进行了研究并提出了一种基于五轴数控加工中非线性误差的分析和补偿的刀具位置优化方法。首先,简述了曲面加工中所用的平底圆角铣刀刀具位置的计算方法;然后,对刀具位置进行非线性误差分析并建立非线性误差模型,并基于这个模型得出插补段的最大非线性误差;接着通过对非线性误差模型中的非线性误差进行检测计算和补偿,最终得到满足加工精度要求的刀具位置。最后对该方法进行了模拟仿真。模拟的结果显示非线性误差的补偿对复杂曲面数控切削成形的几何精度有很重要的影响。     

压气机叶片加工误差影响不确定分析

为了正确评估加工误差的影响，提出了一种考虑加工误差大小、分布随机性的数值研究方法以实现叶片性能不确定性分析。采用NURBS(非均匀有理B样条) 方法实现叶型参数化，通过检测及统计手段获取误差真实分布，运用蒙特卡洛模拟生成随机样本，并训练Kriging代理模型进行不确定性分析，得到了叶片加工误差对气动性能的影响。结果表明:加工误差对气动性能的影响与所处工况有关，最高使得损失增加0.853%；叶型性能对于吸力面表面型线更为敏感，在加工及检测过程应给予更高要求。      

面向性能的压气机叶片铣削加工误差分析及统计

为提高航空发动机压气机叶片的加工质量,对其铣削加工中的质量影响因素进行了分析,包括加工前工艺规划及几何造型等因素、加工过程中变形与稳定性等问题以及加工后的残余应力变形等。针对必然存在的加工误差,提出了一种概率统计方法,并在此基础上对于影响气动性能的叶型关键几何区域,建立了有关轮廓误差和叶型参数误差的统计分析方法。借助于气动性能试验,获得了稳定工况下关键参数的误差分布,从而为指导叶片的实际铣削加工提供了理论依据。     

辊筒模具超精密加工机床几何误差建模及其补偿策略研究

本文以超精密模辊机床为研究载体,将具有代表性的环槽微结构阵列作为研究对象。通过多体系统理论以及齐次坐标变换的方法建立机床的几何误差模型从而得到几何误差对环槽微结构阵列的影响,并用激光干涉仪对几何误差分量进行了测量。在进行数据处理后提出了一种补偿方法使环槽微结构的加工质量得到了改善。     

基于动态Bayesian网络的叶片加工质量监控与溯源

 针对叶片加工过程中质量精度不高的问题,提出了基于动态Bayesian网络的叶片加工质量监控与溯源方法.利用动态Bayesian网络建立起叶片加工工序间的相互联系,实现对整个加工过程的控制.基于Bayesian网络对影响加工工序的因素集建立因果联系,采用多元统计过程控制中的T²控制图完成对各工序影响因素集的监控.进行误差溯源时,根据Bayesian网络建立的因果关系对失控样本的T²统计量依据原因变量进行误差分解,并构建各分解变量的控制限,将其作为误差源判定的条件.通过对某叶片加工过程的仿真,验证了所提方法的有效性.     

一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法

 在数控加工过程中,因受到切削力的影响,薄壁悬臂叶片容易出现弯曲、扭转变形等问题而导致被加工曲面误差较大。针对该问题,提出了一种非均匀余量刚度补偿方法,将非均匀余量偏置面作为粗加工/半精加工零件面以提高叶片精加工时的抗弯刚度。首先,分析了集中力载荷下截面厚度对薄壁工件变形的影响;然后,对叶片径向和截面线方向分别采用线性变化和正弦函数变化两种方法进行叶片曲面非均匀余量刚度补偿设计;最后,基于叶片原始截面线,采用放样法构造出叶片曲面的非均匀余量偏置面。试验结果表明,采用非均匀余量刚度补偿方法可以提高被加工叶片精加工时的刚度,加工出的叶片满足了设计误差要求。     

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。     

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。     

面向自适应加工的精锻叶片前后缘模型重构

针对精锻叶片前后缘数控加工在加工边界出现"台阶"等问题,提出面向自适应加工的模型重构方法。首先,根据精锻叶片的特点给出前后缘加工工艺方案。其次,根据工艺方案建立在机测量模型并进行路径规划。在此基础上,依据前后缘实际几何型面参数以及理论模型各截面前后缘圆弧圆心和半径允差,提出重构模型圆弧圆心及半径搜索算法;根据各截面的测量点拟合线、理论截面线以及搜索的圆弧圆心和半径,建立重构前后缘模型。最后,通过对比重构模型与理论模型的偏差以及数控加工试验证明该方法能够有效地减小锻造叶片叶身实际型面与前后缘在衔接处的"台阶"缺陷问题,为复合制造工艺背景下精锻叶片前后缘加工成型提供依据。     

Machining fixture for adaptive CNC machining process of near-net-shaped jet engine blade

Low stiffness and positioning problems are difficulties and challenges in the precise machining of near-net-shaped blades. This paper aims to achieve high accuracy in manufacturing by fixture- and deformation-control in the adaptive CNC machining process. Adaptive CNC machining technology is first analyzed, and new fixture-evaluation criteria and methods to evaluate the adaptive CNC machining process fixture design are built. Second, a machining fixture is designed and manufactured after analyzing its positioning scheme, clamping scheme, materials (PEEK-GF30), and structure characteristics. Finally, the designed fixture is analyzed by FEA and experimentally verified by a cutting experiment. The results show that the deformation of the blade is an overall rigid-body displacement, the main deformation of the blade-fixture system occurs on the four clamping heads, and this fixture can effectively protect the blade from local deformation. The proposed clamping-sequence method reliably and effectively controls the local maximum deformation of the blade. The system stiffness is increased by 20 Hz, with each clamping force increased by 200 N. Both high- and low-frequency displacement in roughing milling or finishing milling are acceptable relative to the accuracy demand of blade machining. This fixture and an adaptive CNC machining process can achieve high accuracy in blade manufacturing.     

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.     

Cathode design investigation based on iterative correction of predicted profile errors in electrochemical machining of compressor blades

Electrochemical machining (ECM) is an effective and economical manufacturing method for machining hard-to-cut metal materials that are often used in the aerospace field. Cathode design is very complicated in ECM and is a core problem influencing machining accuracy, especially for complex profiles such as compressor blades in aero engines. A new cathode design method based on iterative correction of predicted profile errors in blade ECM is proposed in this paper. A math-ematical model is first built according to the ECM shaping law, and a simulation is then carried out using ANSYS software. A dynamic forming process is obtained and machining gap distributions at different stages are analyzed. Additionally, the simulation deviation between the prediction profile and model is improved by the new method through correcting the initial cathode profile. Further-more, validation experiments are conducted using cathodes designed before and after the simulation correction. Machining accuracy for the optimal cathode is improved markedly compared with that for the initial cathode. The experimental results illustrate the suitability of the new method and that it can also be applied to other complex engine components such as diffusers.     

压气机叶片型面精密数控铣加工技术应用研究

为了提高压气机叶片型面和进、排气边转接圆角的数控铣加工质量,在工艺、夹具、数控加工模型与程序以及检测方法等方面采取了攻关措施,减小了叶片型面精铣加工的变形,实现了叶身型面的精密铣削加工,对型面采用毡轮修光去除铣削痕迹后,经过3坐标、小半径投影仪等设备的测量,进、排气边转接圆角的形状和型面轮廓度、位置度各项要求的加工质量得到了质的提升,其合格率由20％提高到75％以上,加工效率和刀具耐用度提高1倍以上,使叶身型面精密铣削技术具备了精品叶片批量生产的工程化应用技术基础.     

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。     

叶片加工误差对压气机性能的影响

在压气机三维动叶片结构参数中,叶型的前缘角、后缘角、前后缘形状、弦长、厚度、不同叶高位置这6个典型参数同时受加工误差影响,对压气机性能影响较大。为找出叶片加工误差对压气机性能的影响规律,对某跨声速压气机转子叶片的加工误差进行了研究,针对加工误差引起的上述6个典型结构参数变化,归纳出3个加工水平,并采用正交实验法设计出27个样本,通过数值计算对所有样本的性能进行对比分析。结果表明这6个典型结构参数的加工误差综合作用对压气机的总压比、效率、流量影响较大,增加的最大量分别为2.02%、1.47%、1.87%,减小的最大量分别为-0.87%、-1.42%、-0.88%,极差分析表明影响效率的主要参数为前缘角误差、厚度误差,影响总压比的主要参数为前后缘形状、厚度误差、不同叶高位置,影响流量的主要参数为前缘角误差、前后缘形状,回归线性分析证实压气机效率、流量的变化与上述典型参数的加工误差综合作用成线性关系。