航空发动机机匣五轴插铣加工

针对航空发动机机匣结构特征提出一种插铣粗加工轨迹生成算法,根据机匣零件结构进行加工区域划分,规划插铣走刀路径,插铣刀轴计算,加工干涉判断与处理,最终生成插铣加工轨迹。航空发动机是飞机的核心部件,而机匣是航空发动机的主要零件之一。目前航空发动机机匣多采用钛合金、高温合金等耐高温、难切削材料;结构上以回转轮毂面为主体周向分布柱状岛屿凸台,零件最薄处仅2～3mm厚,属多岛屿复杂薄壁结构件,如图1所示。机匣铣削前的过渡     

摆线铣加工技术及其在航空发动机加工中的应用

与传统加工不同,摆线铣加工过程中刀具-工件包角一直处于较小的状态,刀具在公转一周的过程中处于切削状态的时间较少,从而非常有利于切屑的排出与刀具的散热。摆线铣削主要目的是在充分满足径向切深的情况下避免槽铣等全浸入式铣削。这对于减少刀具的磨损、延长刀具的使用寿命非常有利。而对于采用较小的刀具-工件包角有可能带来的切削效率降低,在摆线铣技术中,可以采用比常规铣削方法更大的轴向切深以提高材料去除率。     

自由曲面侧铣刀具轮廓与轨迹同步优化方法

针对自由曲面侧铣加工中轨迹规划困难、加工精度难保证等问题，提出了一种自由曲线母线类刀具的外形轮廓设计方法。该方法在优化刀具轮廓的同时，充分考虑了加工过程中的工件精度和刀轴光顺性问题，实现了自由曲线母线类刀具的形状设计和对应侧铣加工轨迹的生成。首先，通过分别定义刀具轮廓母线和刀轴轨迹面实现对刀具形状和侧铣加工轨迹的表达，并由此计算切削行上刀具工件干涉量来评价加工误差，以刀轴轨迹面能量评价刀轴光顺性，建立了基于加工误差和刀轴光顺性的刀具轮廓与加工轨迹的同步优化模型；其次，为实现对同步优化模型的求解，给出了基于序列逼近法的求解策略，以及优化初值中刀轴轨迹面控制参数和刀具轮廓控制参数获取方法；最后，分别通过加工轨迹规划实验和刀具轮廓设计实验，验证了本文算法在在自由曲面四轴侧铣加工刀具轮廓设计与加工轨迹优化中的正确性及有效性。研究成果为提高自由曲面类零件侧铣加工精度、实现侧铣加工刀具轮廓设计及侧铣加工轨迹规划提供了一种有效的方法和手段。     

开式整体叶盘四坐标高效开槽插铣工艺方法

 整体叶盘的加工余量主要是在其通道开槽粗加工阶段去除的,提高通道开槽切削效率是实现叶盘高效加工的关键。根据开式整体叶盘通道的结构特点,提出了四坐标插铣开槽高效低成本粗加工方法。通过叶盘叶片偏置面的直纹包络面逼近,确定叶盘通道粗加工区域,给出了四坐标插铣刀位轨迹生成算法。该方法有效解决了直纹面逼近的曲面边界问题,并通过对叶片偏置面的直纹逼近从根本上避免了刀位轨迹计算时误差的产生。实验表明,与传统的侧铣开槽粗加工相比,采用四坐标插铣方式切削力可降低60%,粗加工效率可提高1倍以上。     

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。     

车铣复合切削加工技术及其应用研究进展

综述了车铣复合切削过程中的运动学原理、刀具磨损、切屑形貌、切削力和表面完整性方面的最新研究进展；阐述了车铣复合在航空零部件和轴类零件加工中的应用；展望了车铣复合切削加工的研究方向。     

整体叶盘盘铣加工切削力及刀具磨损实验研究

本文对整体叶盘开槽粗加工时从切削速度、进给量、径向切深等切削参数对切削力的影响进行研究。选用正交实验的方法进行盘铣切削实验,得到切削参数对切削力的影响变化规律,并对刀具在切削过程中的磨损进行分析,进一步验证优化的切削参数,为整体叶盘的盘铣加工参数的合理制定与加工工艺的优化提供参考。     

偏心车铣削技术在航空发动机机匣加工中的应用

航空发动机机匣零件的外型面主要采用车铣削的方法加工,传统加工方法中刀具的轴线通过零件的回转中心,容易导致切削状态不好和加工应力较大的问题.研究采用刀具偏心切削的加工方式,可以比较有效避免刀具零转速点接触零件,从而改善加工质量,提高加工效率.     

壳体零件高效插铣技术应用研究

插铣加工是一种采用刀具上下运动快速去除毛坯上残留材料的加工方法,由于其加工性能优越,已被推荐用于航空产品零件加工中。针对插铣法在航空产品复杂壳体加工中的应用展开研究,提出了基于"剖平面"的插铣刀具选择方法,给出了插铣路径规划规则,并通过物理仿真得到了切削功率、切削力、扭矩及峰值切削温度与主轴转速的关系,最后针对选定的壳体零     

钛合金TC17大掠扭整体叶盘高效开粗策略研究

根据钛合金TC17大扭掠风扇整体叶盘通道的结构特点和材料切削性能,提出了"插铣+侧向绕铣"开槽高效低成本粗加工方法。采用插铣高效率去除叶片通道的大余量,通过侧向绕铣完成叶片型面的逼近加工方便后续叶片的半精加工或精加工。实验表明,与传统的侧铣开槽粗加工相比,采用"插铣+侧向绕铣"方式可以降低刀具成本,使粗加工效率可提高1倍以上。     

Four-axis trochoidal toolpath planning for rough milling of aero-engine blisks

The Blade Integrated Disk (Blisk) is one of the key components in the aero-engine, it is generally manufactured by the multi-axis milling and almost 90% raw materials are removed. To avoid the full immersion of a cutter in the rough machining of a blisk channel, the trochoidal milling is a promising strategy since it can keep a small immersion angle in the rough milling process while maintaining the high machining efficiency. However, while toolpaths are being planned for the trochoidal milling process, the conventional methods are mainly for the planar machining area with fixed tool orientations, which cannot be used for complex channels where the multi-axis machining should be employed. To this end, this paper presents a four-axis trochoidal toolpath planning method with a ball-end cutter, and thus the blisk channel can be machined efficiently. For this to happen, the trochoidal paths are planned in the parametric domain and then mapped into the physical domain, with tool orientations controlled by the quaternion interpolation method to have smooth tool movement along the toolpaths. Both geometric simulation and physical milling experiments of the proposed method have convincingly demonstrated the validation of the proposed method.     

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。     

某环型航空零件数控加工工艺分析和自动换刀的研究

针对加工环型航空零件时均采用手工换刀加工的问题,论述了用声发射法对刀具磨损进行监测、用静态测量法对刀具轴线的偏转进行测量、粗铣试切毛坯的内轮廓实验,分析出不能实现自动换刀加工的原因.通过对零件的加工工艺进行分析,将能合并的工步源程序串在一起并在实际加工中得到验证从而实现自动换刀加工.串编程序的应用提高了工厂的生产率,降低了生产成本,也为研究加工环型航空零件的自动换刀问题奠定了坚实的基础.     

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。     

次摆线走刀在高速铣削窄槽结构中的应用

在阐述次摆线参数方程的基础上,基于CAM/HSM技术,将次摆线走刀方式应用于窄槽结构的高速铣削试验中,研究了次摆线走刀的铣削力变化规律、窄槽结构的表面粗糙度及其局部形貌,并建立了次摆线走刀高速铣削窄槽结构的铣削力模型。研究表明:次摆线走刀高速铣削窄槽结构有效可行,加工出了高质量的窄槽型腔表面(Ra=0.142μm);次摆线走刀的铣削力呈周期变化,在走刀平面内,次摆线切削宽度方向上的铣削力是进刀宽度方向上的4倍;采用次摆线走刀加环切走刀策略加工窄槽结构,既改善了窄槽的铣削加工条件,又满足了高速铣削粗精加工的要求和原则。     

航空结构件铣削变形及其控制研究进展

随着机床加工性能和刀具切削性能的提升,航空结构件的高效高精加工成为可能.航空结构件薄壁加工特征多,在铣削过程中易发生变形,因此预测与控制航空结构件的加工变形是切削加工领域内亟待解决的难题.通过总结了航空结构件的特点及加工难点,对加工变形形成机理进行深入分析;对加工变形影响最为关键的铣削力模型进行归纳;阐述了航空结构件残...     

复杂异型零件小直径螺纹优质高效加工工艺研究与应用

复杂异型壳体类零件广泛应用于航空发动机控制附件,此类零件表面分布有大量小直径螺纹孔,螺纹孔加工是影响整个壳体生产加工效率和精度的核心工序。该类零件现有的加工工艺存在一致性差、加工效率低、专用夹具多、铣螺纹时易出现正锥现象等缺点。针对上述问题,提出并设计专用螺纹铣刀进行加工,通过宏程序编程解决刀具刃部缩短带来的编程问题,...     

Experimental investigation of rotary sinking electrochemical discharge milling with high-conductivity salt solution and non-pulsed direct current

Electrochemical milling is a modified technique of traditional electrochemical machining (ECM) that can be used to manufacture some helicopter transmission system parts. The use of rotary tools and an inner-jet electrolyte supply pattern can greatly improve the material removal rate (MRR) in a single pass. However, the feed speed is generally limited to minimize the tool wear. To increase the MRR, electrical discharge machining (EDM) is introduced into the electrochemical milling process. The tool rotation is employed to interrupt the discharge and the high-conductivity salt solution and non-pulsed direct current power supply are also adopted to increase ECM, eventually, a new machining method is proposed, which can be called rotary sinking electrochemical discharge milling (RSECD milling). The mechanism of it is explored in this study by analyzing the machined current, MRR, surface morphology, and tool wear at different applied voltages and feed speeds. Besides, the RSECD milling using the tool with a larger diameter is also conducted to further verify the effectiveness. In particular, the MRR can be increased by 742.5% when using the tool with a diameter of 20 mm at the applied voltage of 20 V.     

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料超低温铣削实验

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料是一种非均匀的各向异性材料,采用传统铣削方法对其进行加工时存在刀具磨损严重、切削力较大、加工效率低等问题。为此本文采用超低温冷却铣削方法对石英纤维增强聚酰亚胺复合材料进行铣削实验,并与传统干铣削方式进行了对比,分析了包括加工表面形貌、粗糙度、切削力和刀具磨损等切削性能。结果表明:两种工况下,表面粗糙度随主轴转速的提高而降低,随切深的增加呈先降低后增大趋势;相对于干铣削,不同切削速度下超低温冷却铣削有效抑制了低速干铣削纤维起毛、高速干铣削黏结剂烧蚀缺陷,表面质量都得到改善,刀具耐用度得到提高。超低温冷却引起的复合材料切削力增大,纤维断屑方式的改变以及切削热的有效降低是提高加工质量的主要原因。     

基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成方法

框、梁、壁板、蒙皮等飞机关键零部件中包含大量型腔特征,其加工效率直接影响零件的整体加工效率。高速铣削机床的发展为此类零件的高效加工奠定了很好的硬件基础,也给型腔铣削刀具轨迹生成带来了新的问题。例如蒙皮镜像铣由于其特殊的设计,对刀具轨迹提出平滑无抬刀、步距变化严格控制在一定范围内等更严苛的要求,从而保证蒙皮高质量加工。结构件高速加工中为了保持刀具的高进给和高转速,也要求刀具轨迹平滑且步距平稳变化。然而现有的型腔铣削刀轨生成方法大多基于局部优化解决加工残余和刀轨不平滑问题,难以生成同时满足多工艺约束尤其是步距约束的刀具轨迹,无法完全发挥高速机床的性能。针对此问题,本文提出基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成及优化方法。该方法首先基于中轴变换提取型腔骨架线,并进一步修正从而生成刀轨偏置基准和初始刀轨。其次利用图像变形算法对初始刀轨进行迭代变形优化,使最终优化刀轨与目标型腔区域吻合,且满足高速加工的工艺约束条件。该方法在离散的图像域内从整体角度优化刀具轨迹,不仅保证轨迹平滑无抬刀,还能保证步距在容许范围内平稳变化。实验证明本文提出的方法在保证轨迹平滑和步距平稳变化等方面的有效性,能够满足高性能加工的要求。