飞机整体结构件加工变形的有限元模拟与试验研究

在模拟淬火、拉伸过程获得含有初始残余应力的预拉伸板材以及模拟单齿切削过程获得切削载荷的基础上,提出并采用接力算法,对一航空整体结构件的材料铣削过程进行有限元仿真,同时进行了试验研究.结果表明,有限元模拟的整体结构件的变形与试验具有一致性,从而证明提出的整体结构件加工仿真关键技术的可行性,避免了为研究加工变形而进行的繁琐的试错法.     

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.     

刀具刚度对钛合金超薄侧壁加工变形的影响

以控制钛合金超薄结构件的加工变形、获得良好的表面加工质量为目标,基于薄壁零件加工变形理论模型与铣削加工试验,研究分析了刀具刚度对钛合金超薄侧壁结构加工受力变形及表面粗糙度的影响。通过对比分析刚度刀具铣削钛合金超薄侧壁结构时的加工尺寸精度、表面粗糙度以及切削力,发现合理增加刀具刚度可以有效改善超薄壁结构的加工尺寸精度及表面质量。     

铝合金薄壁整体构件的高速铣削试验研究

以铝合金雷达波导件的高速铣削加工为例,通过设计专用夹具、选用硬质合金刀具进行顺铣、遵循分面加工原则、优化走刀方式和路线、优化切削参数来控制并且减小变形,可以很好的实现铝合金薄壁整体构件结构件的高速铣削加工,并且加工时间缩减为普通铣削的1/3。     

铝合金厚板淬火残余应力的有限元模拟及其对加工变形的影响

航空整体结构件在加工过程中容易发生较大变形。为了研究毛坯的初始残余应力对整体结构件加工变形的影响,采用准耦合方法,利用有限元软件ABAQUS模拟7075铝合金毛坯的淬火过程,研究该过程中温度的变化和残余应力的分布规律,并在含有淬火残余应力的毛坯上进行材料去除模拟。结果表明,模拟产生的比例件的变形与实际加工的比例件的变形非常近似,从而证明了毛坯的初始残余应力是引起整体结构件加工变形的主要因素,同时验证了准耦合淬火模拟的有效性。     

航空铝合金铣削加工中切削力的数值模拟研究

为了弥补当前斜角切削数值模拟多采用直线刀刃的不足,结合立铣加工的实际情况,提出了适合立铣加工的螺旋齿单刃斜角切削有限元模型,进而对航空铝合金7050-T7451进行了铣削加工切削力的数值模拟研究,得到了切削力值。通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值,数值模拟结果与实验值比较吻合,从而证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值。铣削加工切削力的数值模拟研究为航空铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制整体结构件的加工变形提供了新的研究手段。     

2124铝合金曲边薄壁结构加工变形仿真分析

铝合金结构件在其铣削加工过程中,易发生加工变形和弹性让刀,为了实现铝合金曲边薄壁结构加工让刀变形的预测,提出一种铣削加工过程的仿真分析方法.通过不同参数组合的铣削试验获得切削力回归方程,为仿真试验切削力加载提供依据;利用Python语言对Abaqus软件进行二次开发,结合“单元生死”技术,针对曲边薄壁结构选取三种走刀方式进行铣削加工变形仿真分析;通过铣削试验,验证仿真分析方法的可靠性.结果表明:阶梯对称走刀方式变形量最小,单侧走刀方式变形量远大于另外两种对称走刀方式,随着侧壁高度的降低,差异逐渐减小,至工件底部三种走刀方式的变形量基本相同.     

航空钛合金结构件的加工刀具选型及铣削方法

针对航空钛合金结构件数控加工中面临的加工效率、表面质量、刀具寿命等瓶颈问题,在详细分析航空钛合金结构件的各类复杂几何特征工艺特点的基础上,提出了不同加工特征的刀具选型策略及铣削方法,为航空钛合金零件的高效制造提供了方案。     

航空薄壁弧形件加工变形的非线性有限元分析

采用有限元模拟技术研究航空薄壁弧形结构件加工变形问题。针对现有的加工工艺和装夹方案建立了数值分析模型。应用商业有限元软件AN-SYS分析了立铣切削力产生的残余应力及其对工件变形的影响。     

航空铝合金整体结构件数控加工变形控制现状分析

航空结构件整体化是新一代大型客机的发展趋势,已经成为现代飞机设计制造领域的一个重要标志。整体结构件的加工变形问题,涉及力学、材料成形加工、切削加工和机械制造多个学科领域,是航空产品加工工艺中的瓶颈之一。     

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。     

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。     

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。     

基于APDL的薄壁件加工变形补偿方法

对如何减小薄壁零件在加工过程中由于弹性变形造成的误差进行了研究,在建立铣削力模型获得各切深下工件所受铣削力数值的基础上,提出了一种基于APDL变形预测的补偿方法。实验证明与直接补偿方法相比,该方法能够较好的解决薄壁件在加工过程中的"让刀"现象,减小加工误差。     

钛合金铣削刀具/工件接触区域温度预测

钛合金（Ti-6Al-4V）因其优良的综合性能广泛应用于航空航天领域中,然而由于其导热系数低、弹性模量低等特性,铣削加工过程中刀具/工件接触区域温度过高,从而导致刀具磨损严重,影响已加工表面质量。因此研究切削过程中刀具/工件接触区域温度具有重要意义。从切削机理出发,将切削区域的3个热源等效为螺旋线热源,其中热流密度计算类比铣削力预测模型中铣削力计算方法,提出包含铣削热系数的热流密度计算模型,并通过实验标定铣削热系数,结果表明热流密度随切削厚度增加接近于线性增加。建立刀具/工件接触区域温度预测模型,通过半人工热电偶测温实验对模型的可行性与准确性进行了验证,实验值与预测值的相对误差在10%之内。提高了刀具/工件接触区域温度的计算精度,并为切削参数的合理选择提供理论基础。     

新型整体多级盘毂转子单元体加工技术

与传统单级整体叶盘相比,新型整体多级盘毂转子单元体加工技术是将轴颈、盘及毂筒作为一个零件进行单元体整体加工,避免了单个零件安装和焊接结构带来的诸多缺点。具有减重、增效和提高可靠性等优点。本文从工艺路线的安排、工装和刀具的设计、加工变形有限元法预估、高速轻载荷切削四方面入手,总结出一套针对此类零件的加工方法,具有重要的指导意义。     

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。     

A review of chatter vibration research in milling

Chatter is a self-excited vibration of parts in machining systems. It is widely present across a range of cutting processes, and has an impact upon both efficiency and quality in production processing. A great deal of research has been dedicated to the development of technologies that are able to predict and detect chatter. The purpose of these technologies is to facilitate the avoidance of chatter during cutting processes, which leads to better surface precision, higher productivity, and longer tool life. This paper summarizes the current state of the art in research regarding the problems of how to arrive at stable chatter prediction, chatter identification, and chatter control/suppression, with a focus on milling processes. Particular focus is placed on the theoretical relationship between cutting chatter and process damping, tool runout, and gyroscopic effect, as well as the importance of this for chatter prediction. The paper concludes with some reflections regarding possible directions for future research in this field.     

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。     

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...