复杂叶片机器人磨抛加工工艺技术研究进展

针对航空、航天、能源等国家战略领域复杂叶片高效高品质加工重大需求,对近年来以工业机器人为装备执行体的机器人磨抛加工技术的研究进展进行了综述。具体围绕叶片机器人磨抛中涉及的加工系统精确标定、测量点云高效匹配、加工轨迹自适应规划,以及柔顺力精密控制等关键工艺技术,系统而全面地分析了国内外已公开发表的相关文献,并以典型的汽轮机叶片和发动机叶片为例,阐述了叶片机器人磨抛工程应用效果。最后从叶片特殊部位一体化加工、磨抛加工颤振抑制、磨抛表面完整性控制、叶片增减材混合加工等方面对该领域未来研究方向进行了展望。     

机器人磨抛氧化锆涂层工艺研究

使用搭建的机器人自动磨抛平台系统,针对氧化锆热障涂层磨抛工艺开展了研究,旨在通过机器人磨抛加工对涂层厚度及表面粗糙度进行合理控制,提高涂层表面质量。基于Preston理论建立了氧化锆涂层材料的去除模型;通过单因素试验研究了主要磨抛参数对材料去除深度的影响规律,基于正交试验确立了氧化锆涂层材料磨抛最优工艺参数组合和工艺步骤,对航空发动机喉道密封片氧化锆涂层进行了磨抛加工。试验结果表明,在一定范围内,材料去除深度随着磨抛压力及磨抛盘转速的增大而增大,随着进给速度的增大而减小;磨抛压力对材料去除深度的影响较大,磨抛倾角对去除深度的影响较小。机器人磨抛系统采用力控方式实现了定量均匀去除,涂层厚度和表面质量一致性良好,加工效率显著提高,同时也验证了本机器人自动磨抛系统的实用性和优越性。     

基于在位测量的复杂曲面复合材料结构精密磨抛工艺研究

针对复合材料构件型面的在位测量需求,开展基于激光跟踪测量系统和机器人集成的在位测量技术研究,搭建在位测量的硬件和软件系统,实现了系统间的信息交互。利用在位测量数据的分析反馈确定在位测量辅助精密加工方法。基于该跟踪测量系统开展了典型抛物面复合材料结构件的型面精度磨抛加工试验,结果表明通过两次加工迭代可以实现复合材料复杂曲面的精度快速收敛,大幅提升磨抛加工效率和精度。     

钛合金风扇叶片磨抛加工性能试验研究

针对钛合金风扇叶片磨抛加工中砂轮易磨损、工件表面易烧伤的问题,开展了钛合金材料磨抛加工性试验研究,主要考察砂轮选型、磨抛工艺参数等关键因素对钛合金材料磨抛加工性的影响,并对试验结果进行了分析研究。试验结果表明,在保证工件表面加工质量(R_a0.8μm,表面无烧伤)的前提下,普通磨料砂轮GC46L10V磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达5000mm~3/min和2.5,超硬磨料陶瓷结合剂CBN砂轮磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达2000mm~3/min和4。基于研究结果,针对钛合金风扇叶片开展了砂带磨抛加工验证试验,工件加工质量良好。     

超声振动铣磨加工对铁氧体表面质量的影响研究

为解决惯性仪表磁悬浮轴承铁氧体零件的精密加工难题,开展铁氧体超声振动铣磨加工表面粗糙度预测和加工表面三维仿真技术研究,进行铁氧体磁性材料超声振动加工实验,研究工艺参数对加工表面质量的影响规律,为提高铁氧体材料的加工效率和加工质量提供依据.     

复杂曲面FSS加工系统研究

为了解决大型复杂曲面FSS(FrequencySelectiveSurface)加工中的关键技术,研究并开发了5自由度机器人数字化加工系统。与传统的5轴联动加工方法相比,提出的分区加工和浮动电主轴模糊定位相结合的快速加工方法大大提高了系统的加工效率。利用建立的数字化加工系统加工了复杂曲面FSS雷达罩试件和平板FSS试件。对比测试了不同加工工艺条件下平板FSS的频率传输响应特性,验证了该加工系统的有效性。     

整体叶盘抛磨技术研究现状及其发展趋势

整体叶盘的表面完整性对航空发动机的服役性能和寿命影响巨大,而抛磨技术是用于实现整体叶盘成性制造的一类关键技术。针对整体叶盘成性制造后不满足使用要求的问题,从材料特性、结构特征、加工要求3个层面分析了整体叶盘的抛磨特点;综述了手工抛磨、数控抛磨、磨粒流抛磨、磁力研磨、滚磨光整加工的发展历程、研究现状和抛磨效果,对比分析了各类抛磨技术的优势与局限性。在此基础上,提出整体叶盘抛磨技术的发展趋势,即探索形性协同式、多工序组合式的抛磨工艺,实现抛磨工艺的智能决策化,并向绿色环保方向转型发展。     

航发叶片7轴联动砂带柔性磨抛技术研究

为实现航空发动机叶片表面高质量磨抛工艺方法,研究了7轴联动专用数控砂带磨床,提出了叶片型面刀触点处磨抛余量计算方法,考虑了磨抛工具宽度、直径、弹性模量等诸多影响抛光力的因素,优化了施加于接触轮上的磨抛压力,实现了定量磨抛的工艺方法,生成了变抛光力NC程序.最后对铣削后航空发动机叶片进行磨抛工艺试验,加工后叶片表面光洁度较好,并且叶片型面尺寸精度与粗糙度均处于实际加工要求范围之内.     

Zernike自由曲面加工轨迹规划研究

Zernike自由曲面光学元件加工复杂,采用单点金刚石慢刀伺服车削方法可以实现自由曲面光学元件的高效、高精度制造。本文针对慢刀伺服车削Zernike自由曲面刀具等角度法和等弧长法两种车削轨迹划分方法进行研究,并选择等角度法轨迹划分进行车削工艺实验,获得了口径50mm的Zernike自由曲面光学元件,面形精度PV0.9506μm。     

基于Adams的并联打磨机器人复杂加工轨迹规划

研究了基于PMAC的三自由度并联打磨机器人,根据加工对象提出一种新的轨迹规划方法,该方法通过软件adams的逆向仿真实现原动件的轨迹规划。最后通过对并联机器人的运动学仿真,并做出误差分析,根据仿真结果说明这种方法对于并联机器人的可行性。     

压气机叶片安装板内侧面自动化磨抛加工

针对压气机叶片安装板的自动化磨抛加工,基于北航提出的自动化磨抛加工工艺开展了应用研究。结合叶片安装板区域复杂曲面或结构特点,通过对磨抛轮的粒度优选、磨抛过程的优化以及接触压力的调整,实现了磨抛精度及表面粗糙度符合设计要求的攻关目标。试验结果表明:磨抛后表面粗糙度Ra在0.4μm以下,去除量在0.03mm以内,实现了替代手工磨抛的目的。在磨抛效率上也实现了与多台数控铣的节拍匹配,在200件叶片试制过程中磨抛工艺系统稳定,拟将该技术广泛推广应用于压气机叶片的研制和生产中。     

精密复杂曲面零件多轴数控加工技术研究进展

多轴数控（CNC）加工是现代工业中的标志性加工技术,在能源、动力、国防、运载工具、航空航天等制造领域的关键零部件加工中占据着主导地位。随着这些领域中高端装备性能要求越来越高,涌现出一大批加工难度大、性能指标要求苛刻的精密复杂曲面零件,其加工已由以往单纯的形位精度要求,跃升为形位与性能指标并重的高性能加工要求,给传统的复杂曲面零件数控加工技术带来了严峻挑战。针对精密复杂曲面零件形位精度保证、加工效率提升及动态切削过程可控等关键技术问题,从多轴数控加工的高效加工路径设计、进给率规划以及加工动力学分析等方面,详细论述相关加工技术的研究现状、存在的难点和核心问题,指出可行的解决途径、突破方向和未来的发展趋势,为实现复杂曲面零件的高性能数控加工提供参考和依据。     

基于响应表面法的钛合金零件磨抛加工工艺参数优化

钛合金的化学活性高、热导率低、弹性模量小,是一种典型的难加工材料。随着工业技术的发展,现代工业对钛合金的表面质量提出了更高的要求,因此,对于钛合金磨抛加工这种能够获取高表面质量的加工方法的研究显得非常重要。采用Box-Behnken试验设计方法,进行了工艺参数对表面粗糙度的影响试验,然后基于响应表面法,建立了钛合金磨抛加工表面粗糙度二阶预测模型,并对工艺参数进行了优化。     

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。     

复杂曲面逆向渐进成形方法的研究

复杂曲面逆向渐进成形的关键是如何确定渐进成形的运动轨迹。渐进成形的运动轨迹是按照成形件的等高线来进行加工的,传统的渐进成形是按照曲面已有的CAD模型,利用现有的后处理加工软件生成等高线加工轨迹进行加工。但由于复杂曲面没有已知的CAD模型或者已知的曲面方程,等高线图无法直接获得,因此,复杂曲面的逆向成形首先要解决等高线图的生成问题。本文通过对复杂曲面已知的离散点进行拟合获得曲面方程,从而得到逆向曲面的等高线图,并综合运用Java及MATLAB的编程优势对实物进行逆向CAD建模,由等高线图再编译成数控加工信息来完成复杂曲面的逆向渐进成形加工。文中给出了该方法的具体算法,并通过有限元数值模拟仿真实际曲面的逆向渐进成形验证了该方法的可行性。     

复杂组合曲面零件加工编程的刀位计算方法

介绍了复杂组合曲面零件加工表面刀端点过渡曲面的定义及离散化技术，以及在此基础上建立的行切、环切、层切和等深加工算法及其实现，为这类零件加工编程提供了高效、便捷的手段。     

大型复杂构件机器人加工稳定性研究进展

工业机器人正逐步应用于大型复杂构件的制造与装配领域,其加工稳定性是实现大型复杂构件高精、高效、高质量加工的基础,颤振抑制是实现机器人稳定加工的重要途径。与数控机床单一颤振类型不同,机器人加工颤振主要由再生型颤振和振型耦合型颤振构成,二者共同作用加剧了稳定性解析的复杂度。国内外学者在机器人加工颤振形成机理、颤振预测与控制等方面开展了理论与实验研究,并取得了诸多成果,但研究仍处于起步阶段。目前,机器人加工颤振产生机理尚不明确、稳定性理论解析方法尚不全面、颤振控制技术尚不成熟,工程应用尚未普及,加工稳定性研究的深度和广度仍有较大提升空间。为此,从机器人加工颤振机理、颤振规避方法、颤振抑制方法及加工稳定性应用案例分析4个方面对国内外文献进行了全面总结,并提出后续发展方向,可为大型复杂构件机器人加工稳定性的研究提供指导。     

弹射过程座舱盖抛放轨迹的预测

通过分析座舱盖在各个不同抛放阶段的受力关系,并着重考虑了抛放过程中气动系数的修正和铆钉剪切的影响,最终建立了座舱盖抛放轨迹的预测模型.该模型可广泛用于预测不同型号座舱盖在各种飞行状态下的抛放轨迹.算例表明计算结果与实验数据一致,证明了模型的实用性和有效性.     

弹性磨头气驱主轴的磨抛接触特性研究

针对复杂形状工件磨抛的问题,设计了一种配有弹性磨头的小体积、高转速的气驱主轴。建立了该主轴磨抛加工过程的理论去除函数模型,并通过了试验验证。结果表明,仿真和试验得到的去除函数高度吻合,且均接近高斯型,属于理想的去除函数。在此基础上,采用气驱磨抛主轴与弹性树脂磨头进行了磨抛试验,探究了各个主要工艺参数对工件表面质量的影响。磨抛后工件表面粗糙度Ra由3.588μm降至0.401μm,证明该气驱主轴可用于高精度磨抛,并为复杂形状工件的高速磨抛提供了一定的理论依据。