PCD刀具在航空液压壳体加工中的应用

航空液压壳体类零件精密孔在加工过程中经常出现孔径尺寸不稳定、粗糙度无法保证等情况.结合实际加工情况,针对加工工艺和加工方法进行分析,找出超差原因,选用PCD刀具作为最终精加工刀具替代硬质合金刀具.以孔加工为例,详细介绍了PCD铰刀和PCD镗刀在航空液压壳体加工中的试验过程和实际应用.结果表明,PCD刀具相对于传统刀具在精加工铝合金方面的优势非常突出,有效地解决了孔加工效率低、质量难以控制的问题.     

航空、军工行业中的株钻刀具

航空零件加工中株钻部分刀具的应用 航空航天零件的加工科技含量相当高,是先进材料和先进工艺集中的行业,航空类零件加工用刀具主要分为飞机制造企业的飞机结构件加工和航空发动机生产企业的盘环零件加工.飞机结构件的加工主要为钛合金、铝合金、不锈钢等零件的铣削;航空发动机行业主要涉及的是高温合金、钛合金的车削加工.这些零件具有难切削的工件材料、复杂的形状、高精度的尺寸和光洁度要求等特点,对加工工艺和所用刀具提出了较高的要求.目前的航空刀具领域主要还是几大欧美刀具品牌占主导地位,主要为ISCAR、KENMATAL、SANDVIK、SECO等,刀具价格居高不下,且消耗量相当大,因此各航空发动机加工企业都有降低刀具成本的强烈愿望.株洲钻石切削刀具股份公司借助公司的硬件条件和多年来在刀具的研发、制造、应用方面的经验,在2003年启动了航空刀具的研制项目,与各航空加工企业合作进行产品的研发、生产、试验和产业化,已取得了阶段性的成果.     

矩阵式数控加工在航空结构件批生产中的应用

以大批量数控加工的航空结构件生产为研究对象,运用人工干预环节集中化、数控加工过程自动化的理念,探索利用矩阵式数控加工进行多零件同时生产的应用方案。多零件集中装夹,通过系统自动读入每个零件的加工原点,自动调用零件的加工程序,完成相同(或不同)零件数控加工,在充分利用机床工作台面的同时,解决了批量生产过程中零件频繁装夹、找正、换刀和频繁调用加工程序的难题,达到降低劳动强度,提高生产效率的目的。     

镍基高温合金的切削加工

航空发动机零件结构复杂,而高温合金等难加工材料加工难度更大。对工件来说,复杂型面数控程序优化难,高温合金材料容易造成加工变形和让刀,使加工精度不符合要求;对刀具来说,加工镍基高温合金零件,容易造成刀具快速磨损,刀具消耗大。     

基于控制线的开式整体叶盘环形刀四轴加工算法研究

针对开式整体叶盘控制线球头刀四轴加工中,刀具易磨损、加工中需要多次换刀的问题,提出一种基于控制线的开式整体叶盘环形刀四轴加工算法.试验表明,该方法在现有球头刀控制线的条件下,简化了环形刀控制线生成的复杂性,并且解决了因球头刀加工刀具易磨损所造成的加工缺陷等问题.     

面向航空复杂薄壁零件智能加工的进化建模方法

航空复杂薄壁零件的材料加工性能差、加工过程的强时变性和多态性(工件的几何、动力学特性,刀具磨损状态在加工过程中变化剧烈)导致建模难度较大.为了提高航空复杂薄壁零件的加工精度,首先根据薄壁零件加工工艺,通过对加工时间进行离散,建立了零件加工过程4维多态模型.针对具体工序模型的演化过程,建立了几何演化模型、动力学演化模型以及刀具磨损演化模型,最后通过误差补偿进化模型建立了整个加工过程的闭环控制,通过迭代学习方法实现了非线性误差的建模.     

长板件数控加工技术的探索与研究

结合某型机板件在数控加工中的研制生产状况和存在的问题,论述了实现各种长板件类结构零件装夹定位、刀具及其参数、加工方案及程编策略.通过这些技术措施的实施,在一定程度上解决了在加工长板类零件装夹和定位时出现的零件变形、让刀效率低、质量不稳定等问题.     

压气机机匣零件切削刀具配置专家系统开发

现代航空发动机零件结构越来越复杂,涉及的刀具种类与数量也越来越多,给刀具选择与工艺制定带来了严峻挑战.以某型压气机机匣零件为研究对象,以最佳刀具配置为研究目标,在压气机机匣零件切削数据库的基础上,设计开发了基于B/S结构的压气机机匣零件切削刀具配置专家系统,并进行了实例演示.该系统首先根据被加工对象特征及其需求,运用规则推理方法初选刀具;进而应用人工神经网络预测初选刀具的耐用度及被加工特征的表面粗糙度;最后以该预测结果作为参考,应用综合评判技术进行刀具性能评价,并对所选刀具进行优化排序和完成推荐.系统运行实例验证了所开发系统能够实现压气机机匣零件切削加工刀具的智能选取.     

面向航空结构件的高性能加工刀具性能评价

随着航空业的不断发展,现代飞机和航天器性能要求越来越高,零件外廓尺寸相对截面尺寸较大,铣削加工余量大、加工工艺性差,加工工期长,尤其加工薄壁零件时尺寸更是难以保证[1].实现航空结构件的高精度、高效率和高可靠性铣削加工是航空制造业面临的重要技术难题之一.在航空整体结构件高速铣削加工中,影响切削加工的最直接因素就是刀具的切削性能,刀具寿命、切削力和工件表面质量等均与刀具的几何参数有关.选择合理的刀具几何参数,不仅能够提高生产效率,还能延长刀具的使用寿命[2].如何有效地选择加工航空结构件切削刀具,对实现航空关键结构件的高效精密加工至关重要.     

机器人自动换刀系统刀夹受力及排布

机器人制孔系统因其低成本、高效率、高柔性的优势，在飞机壁板装配中得到了广泛应用。机器人自动换刀系统作为飞机壁板机器人制孔系统的重要组成部分，极大地影响着制孔的效率和柔性。本文对机器人自动换刀系统进行分析，着重对刀夹稳定夹持力、换刀过程刀夹阻力和盘式刀库刀夹双环排布进行了深入研究。通过分析刀夹结构和夹紧原理，计算稳定夹持力；通过构建换刀过程中刀具轮廓与刀夹轮廓的几何位置关系，结合受力分析，计算换刀过程刀夹阻力；通过简化刀夹组件轮廓及惯量计算，分别对4种刀夹双环排布方案进行分析研究，以圆形刀盘上的总惯量最小为目标，得到了最优的刀夹排布方式。最后根据实际工程需求，给出了容量为24把刀具的盘式刀库设计实例。     

航空发动机机匣摆线粗加工轨迹规划方法

针对机匣零件粗加工过程中凸台多、加工余量大、材料难切削、刀具磨损快、加工周期长等特点,提出了一种机匣摆线粗加工刀具轨迹规划方法,该方法能有效控制切削过程中刀具负载的变化,改善刀具切削过程中的加热-冷却循环,减缓刀具的磨损,提高机匣粗加工效率。首先,通过对两种摆线模型的分析,建立了摆线铣数学模型,并分析了摆线铣的优缺点;其次,结合机匣零件特点,将模型在精度范围内离散为点模型,利用圆锥将模型展开并建立展开模型与原始模型间的映射关系。通过对可加工区域的划分和平面逼近,生成了适用于机匣零件的摆线粗加工刀具轨迹。最后,分别通过摆线铣刀具磨损实验、平面型腔摆线铣实验和机匣摆线铣实验,验证了摆线铣在降低刀具磨损、延长刀具寿命方面的有效性,以及本文轨迹生成算法在航空发动机机匣实际加工中的正确性和高效性。研究成果能有效缩短加工周期、降低加工成本,提升机匣零件的粗加工效率。     

基于三菱PLC的化油器单钻孔机床的控制系统设计

本文讨论了如何利用三菱FX1N系列PLC进行化油器单钻孔机床的自动化控制,根据机床加工的控制要求及控制分析,选择合适的PLC机型,设计控制系统的硬件和软件部分;经过机床的组装、调试,控制系统能够满足机床的加工要求,提高了机床的自动化程度。     

基于CATIA V5系统的复杂机加件模线样板设计方法探索

模线样板是检验零件几何尺寸和外形轮廓的量具,在航空制造中有着极其重要的作用.对于复杂的机加件,其空间曲面的展开和结构轮廓的提取一直是机加件模线样板设计过程中的一个技术难题.针对飞机复杂机加零件模线样板设计中的两类典型问题提出三种有效、实用的解决方法,即"边界拟合曲面法"、"分割生长提取法"和"草图线面相合法".     

融合机床精度与工艺参数的铣削误差预测模型

为弥补现有五轴联动数控铣床加工飞机结构件的加工精度评估系统的不足,提出利用机床精度检测数据和零件特征及其工艺参数来构建评估指标体系,基于BP神经网络建立了飞机结构件加工误差预测模型。通过完成训练的网络权值分布,计算出各输入指标对最后评估结果的影响,并通过实例分析检验了模型的可靠性。结果表明,经BP神经网络模型训练得到的结果和样本零件的三坐标测量机测量数据基本吻合,选取的评价指标具有有效性。该评估模型能够有效地融合机床精度检测数据和零件特征及其加工工艺参数,对飞机结构件的铣削加工误差进行预测。     

开式整体叶轮加工关键工艺技术研究

首先分析了该类零件的几何特点以及加工难点,然后提出了粗加工以及精加工当中的关键技术。阐述了插铣粗加工中,有关叶片直纹包络面的构建,刀轴矢量的选择;精加工中叶片整体加工中使用参数法规划均匀的刀具切削轨迹等关键技术。最后利用VERICUT软件,进行了加工仿真的验证,并且加工完成了开式整体叶轮的加工实例。     

基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法

镜像铣加工装备及其加工工艺是蒙皮零件加工的有效手段,其特殊工艺对加工刀轨提出了等步距、无交叉、无抬刀且无残留等特殊要求。针对蒙皮零件加工特征的复杂形状,在满足等步距、无抬刀、无交叉的条件下对加工残留区域进行刀轨优化是一个难题。为解决以上难题,本文提出了一种基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法。该方法基于特征将蒙皮零件的工艺信息与几何信息相关联,自动提取加工特征的加工面及其对应的刀轨,将刀轨分割成若干段子刀轨,并构建子加工区域,再利用布尔并运算得到最终可加工区域。然后对加工面区域与最终可加工区域求布尔差识别出加工残留区域,并根据加工残区位置自适应生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的优化刀轨。以典型复杂蒙皮零件验证本文提出的方法,结果表明,基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法可自动识别加工残区,并生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的加工残区优化刀轨,为提高蒙皮零件数控编程效率提供技术支撑。     

Gaussian process regression model incorporated with tool wear mechanism

Cutting tool condition directly affects machining quality and efficiency. In order to avoid severely worn tools used during machining process and fully release the remaining useful life in the meanwhile, a reliable evaluation method of remaining useful life of cutting tools is quite necessary. Due to the variation of cutting conditions, it is a challenge to predict remaining useful life of cutting tools by a unified model. In order to address this issue, this paper proposes a method for predicting the remaining useful life of cutting tools in variable cutting conditions based on Gaussian process regression model incorporated with tool wear mechanism, where the predicted value at adjacent moments is constrained to a linear relationship by the covariance matrix of Gaussian model based on the assumption of progressive tool wear process, so the wear process under continuous changing conditions can be modelled. In addition to that, the input feature space and the output of the model are also enhanced by considering the tool wear mechanism for improving prediction accuracy. Machining experiments are performed to verify the proposed method, and the results show that the proposed could improve the prediction of tool remaining useful life significantly.     

基于虚拟控制面约束的机匣类零件工序模型建立方法

在多岛屿特征机匣类零件的数控加工中,建立准确的加工工序模型是实现该类零件智能加工的关键技术。为了获得多岛屿特征机匣类零件准确的加工工序模型,提出了一种基于虚拟控制面约束的机匣类零件工序模型建立方法。首先,根据多岛屿特征机匣类零件的加工特征对建模过程中虚拟控制面约束的引入进行了分析,并结合虚拟控制面约束思想给出了拉格朗日超限插值的建模理论;然后,结合机匣类零件的几何特征确定了虚拟控制面的分布位置和几何形状的计算方法,在此基础上根据虚拟控制面建模理论构造了中间变形曲面,依据切削深度约束确定了工序模型,并对其进行了轨迹规划;最后,在一类多岛屿特征的机匣零件上对算法进行了验证,结果表明,本文方法能够根据机匣零件加工特征分布情况有效地控制工序模型的几何形状,避免了同时处理多个加工特征所导致的工序曲面过早趋于复杂现象,为多岛屿特征机匣类零件的数控加工提供有效的工序模型,一定程度上降低了该类零件数控加工的工艺规划难度。     

大面积回转复杂凹凸型面高效电解加工工艺探索

论述了采用电解加工大面积复杂凹凸型面的加工工艺可行性,通过优化加工参数,得到了具有代表性的加工时间与电流之间的关系曲线。研究结果表明:电解加工方法加工大面积复杂形状的结构有着较大优势,加工时间相比传统的机械加工大幅缩短,提高了加工效率,具有重要的应用价值。     

复杂结构件数控编程加工特征用户自定义方法

加工特征是实现复杂结构件高效、高质量数控编程的有效手段,但是同一类加工特征只是几何形状和加工工艺相似,并不完全相同。如何适应不同的企业资源与工艺水平、不同类型的复杂结构件进行加工特征定义是基于加工特征进行自动数控编程的一个难题。针对以上难题,本文提出了一种复杂结构件数控编程加工特征用户自定义方法,基于全息属性面边图表达加工特征几何信息,给出了具有一定柔性的加工特征几何信息定义方法,基于语义与规则建立加工特征工艺信息及其与几何信息之间的关联关系,实现了由用户根据企业的制造资源、零件结构和工艺人员的编程习惯等因素自定义加工特征。根据本文提出的方法开发了飞机复杂结构件加工特征用户自定义及自动编程系统,已成功应用于国内某大型航空制造企业的飞机结构件数控编程,经过多项飞机结构件测试,本文提出的方法特征识别正确率平均达到97%。