基于特征的飞机结构件加工工艺知识编辑器研究

针对飞机结构件零件尺寸大、加工特征类型数目多,零件结构复杂、包含大量自由曲面和相交特征,薄壁易变形及精度要求高等特点引起的加工工艺决策难点,提出了基于特征与MKE的飞机结构件工艺决策方法。首先对商业软件NX系统的MKE技术进行了调研分析,在此基础上构建了基于特征的飞机结构件加工工艺知识编辑器框架,基于CATIA V5开发了具有用户界面友好的加工工艺知识编辑器,在特征识别的基础之上,通过调用工艺规则模板库、刀具库、用户自定义信息等完成工艺决策。应用表明,该方法能够有效提高工艺决策系统的灵活性以及飞机结构件数控编程效率。     

基于BP神经网络的飞行训练品质评估

为了弥补现有飞行训练品质评估系统存在的不足,本文提出利用飞行员生理信号和飞行操作参数来构建评估指标体系。建立了基于BP神经网络的飞行员飞行训练品质评估模型,通过已完成训练的网络的权值分布计算出各输入指标对最后评分结果的影响,并通过算例分析检验了该模型的可靠性。检验结果表明:经BP神经网络模型训练得到的结果和样本的专家评分基本吻合,选取的评价指标有效,该评估模型能够有效地将飞行员生理信号与飞行训练参数相结合,对飞行员的飞行训练品质进行评价。     

数控机床主轴热误差测点优化及建模技术研究

为了减少热误差对数控机床加工精度的影响,首先利用热成像仪初步找出机床温升明显的位置,然后利用灰色理论对16个温度测点的试验数据进行优化处理,找出与热误差关联度较高的测点;将优选出的温度测点数据和实测的Z轴热误差数据进行划分,采用GM (1,n)灰色预测和BP神经网络建立热误差预测模型,并在试验机床上进行验证。试验结果表明:采用灰色GM (1, n)模型预测结果与实际测量平均相对误差为10.17%,采用BP神经网络预测与实测结果平均相对误差为5.19%,优于灰色GM (1,n)预测,能起到提高热误差预测精度的作用。     

飞机结构件数控加工精度控制关键技术

在飞机结构件加工中,大量应用五轴联动数控装备。企业装备的数控机床随着服役年限的日渐增长,普遍存在精度衰减问题,新一代飞机结构件进一步向着整体化、大型化、复杂化、薄壁化、轻量化方向发展,加工过程极易出现尺寸超差,以及因加工工艺不稳定而造成的表面质量缺陷等制造精度问题。加工精度还受到切削载荷、切削稳定性、刀具误差、工件变形、夹具变形等复杂因素的影响,飞机结构件切削工艺的一致性和稳定性差,极易因刀具磨损、破损、切削颤振而引起加工精度问题。国内外学者在数控加工精度控制方面开展了大量基础研究并取得丰硕成果。本文从数控机床误差建模方法、误差补偿方法、加工精度预测与控制、表面粗糙度预测与控制4个方面分别阐述,并结合飞机结构件的特点提出其数控加工精度控制关键技术需求。     

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%。     

飞机飞行振动预计技术

介绍了飞机飞行振动的主要来源和特征,分析了传统预计方法的不足,针对飞机飞行振动与高度、马赫数、攻角等飞行参数呈非线性关系的特点,提出了基于BP神经网络的飞行振动预计新技术,建立了预计模型,通过8组建模样本训练网络,确定了预计模型中的各个参数值。预计结果和实测飞机飞行振动信号比较分析表明:该方法预计精度高,验证了BP神经网络预计飞机飞行振动的可行性。     

一种基于SVR的飞机巡航段油耗预测方法

针对飞机巡航段燃油消耗量预测问题,提出一种基于支持向量回归机(SVR:Support Vector Regression)的预测建模方法,并应用Grid-Search参数寻优法优化模型参数,基于真实QAR数据建立SVR预测模型,并从平方相关系数和平均绝对百分误差两个不同指标与BP神经网络模型的预测结果进行比较,比较结果表明:SVR预测模型的预测结果精度高。     

基于特征编码的飞机结构件工艺设计

为解决飞机结构件数控加工工艺决策效率低及自动化程度不高的问题,提出基于特征编码的飞机结构件工艺设计方法。首先,该方法借鉴成组技术,将飞机结构件加工元分类编码,形成特征编码表后,把通过特征识别得到的加工特征分解为加工元,与特征编码表匹配并排序得到加工方案。最后,在CATIA V5平台上开发了基于特征编码的飞机结构件工艺设计模块。     

基于切削力信号-几何信息-工艺信息的铣削加工刀具状态实时辨识

刀具状态的实时辨识对提高数控加工效率和质量、降低加工成本具有重要作用。对于单件小批量生产模式下的复杂零件,加工过程中的几何形状和切削参数不断变化,为刀具状态的准确辨识带来很大挑战。针对以上问题,提出了一种基于切削力信号-几何信息-工艺信息的铣削加工刀具状态辨识方法。采集加工过程中不同刀具状态的切削力信号,并对其做时域和时频分析,提取切削力信号的特征量,与加工工艺信息和零件几何信息相关联,建立输入向量,构建基于BP神经网络的刀具状态辨识模型并训练,在实际加工中通过神经网络模型实现刀具状态的实时辨识。经过试验验证,该方法可以基本满足铣削加工刀具状态的实时辨识。     

数字化协同测量在飞机弱刚性零件加工中的应用

针对飞机弱刚性蒙皮零件的高精度加工要求,通过机器人铣削系统协同标定、蒙皮边界提取与逆向建模、末端执行器定位修正等技术研究,实现飞机蒙皮、口盖、壁板类结构件边部余量检测及加工在线修正,边界测量精度0.1mm,末端执行器定位误差不大于0.2mm。经验证,本研究满足了四代机制造对数字化测量的要求,显著提高了飞机蒙皮壁板自动化铣削和数字化水平,促进了飞机制造从传统的手工装配向智能化装配模式的跨越。     

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...     

基于华中数控系统的复合加工机床控制系统

为了提高机身大部件在装配过程中钻孔铆接的效率,并满足高精度制孔要求,设计了由五轴机床和末端执行器组成的自动化协同钻铆控制方案。机床本体及高精度转台采用华中数控系统控制,末端执行器采用倍福PLC程序控制。在明确钻铆需求后设计了基于工业网络的硬件组态和基于多软件平台的软件组态,并利用Microsoft Visual Studio开发平台编写了上位机集成控制软件。控制系统分别采用Ethernet和Ether CAT工业以太网实现上位机控制系统和华中数控系统、倍福PLC控制程序的通信连接。在集成控制软件中通过套接字进行以太网通信接口开发,并在复合加工机床上进行试验验证。该控制系统具有稳定性好、集成度高、响应快、效率高的特点,能够满足钻铆需求。     

五轴联动高速加工螺旋桨叶轮的关键技术研究

为提高整体叶轮的五轴高速加工精度和加工效率,利用B样条方法通过调整偏离权和光顺项权得到理想的二阶连续的桨叶曲面.把叶轮的CAD几何模型导入到CAM加工模块中,通过对五轴高速加工工艺规划的研究和加工参数的选择,计算出叶轮的加工刀轨路径,并通过后置处理得到符合MIKRONUCP800数控机床的NC代码并加工出叶轮产品.     

Design and development of a five-axis machine tool with high accuracy,stiffness and efficiency for aero-engine casing manufacturing

In order to satisfy the machining requirements of aero-engine casing in modern aviation industry, this paper investigates three main issues during the design and development process of a five-axis machine tool with high accuracy, stiffness and efficiency, including whole structure design,key components design, and supporting stiffness design. First, an appropriate structure of five-axis machine tool is determined considering the processing characteristics of aero-engine casing. Then, a dual driv...     

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。     

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。     

Five-axis flank milling tool path generation with curvature continuity and smooth cutting force for pockets

In order to ensure machining stability, curvature continuity and smooth cutting force are very important so as to meet the constraints of both cutting force and kinematics of machine tools. For five-axis flank milling, it is difficult to meet both of the constraints because tool path points and tool axis vectors interact with each other. In this paper, multiple relationships between tool path points and tool axis vectors with cutting force and kinematics of machine tools are established, and the strategies of corner-looping milling and clothoidal spirals are combined so as to find feasible solutions under both of the constraints. Tool path parameters are iterated by considering the maximum cutting force and the feasible range of the tool axis vector, and eventually a curvature continuity five-axis flank milling tool path with smooth cutting force is generated. Machining experimental results show that the conditions of cutting force are satisfied, vibration during the process of machining is reduced, and the machining quality of the surface is improved.     

高缠绕叶轮流道4+1轴高效分段开槽方法

高缠绕叶轮流道的高效粗加工是提高整个叶轮加工效率和缩短生产周期的关键。针对高缠绕叶轮流道的粗加工,提出了一种4+1轴高效分段开槽方法。首先,给出了分段开槽加工方法的基本概念,并分析了高缠绕叶轮流道加工特点;然后,结合机床结构特征,给出了五轴机床在主轴摆角固定为常值时切削点处单点最大刀具尺寸的计算方法;基于各切削点加工特征参数的分析,采用聚类算法进行了叶轮流道加工分段区域的划分;最后,确定了各分段区域的可加工刀具尺寸和4+1形式的刀轴矢量。算例分析表明,提出的4+1轴分段开槽方法得到的开槽轨迹旋转轴变化均匀,材料去除量较传统开槽方法增加了32.5%,改善了切削过程稳定性,提高了叶轮的粗加工效率。     

补偿模糊神经网络在机床热误差预报模型中的应用

提出了一种基于补偿模糊神经网络的数控机床热误差预报模型,讨论了该模型的详细结构、模糊规则、训练算法及相关技术问题,并给出了智能预报结果和精度评价。     

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.