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。     

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。     

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。     

Path,feedrate and trajectory planning for free-form surface machining: A state-of-the-art review

Nowadays, free-form surfaces have been widely used in various industrial fields. They are usually machined by CNC machine tools, but recently have also begun to be manufactured by industrial robotic arm manipulators, thanks to low cost, large operation reaching space and high machining flexibility of robot. So far, various methodologies have been proposed to improve efficiency and quality of free-form surface machining, thus this paper aims at providing a state-of-the-art review on research advances in free-form surface machining. In this review, tool path generation, feedrate scheduling in Cartesian space and trajectory planning in joint space are focused for both CNC machining and robot machining, and their research statues, existing difficulties and key issues are discussed in detail. Finally, the feasible routes, breakthrough points and future development trend are also expounded.     

航空发动机整体叶盘磨料水射流开坯加工技术研究进展

整体叶盘结构是航空发动机技术发展的一个重要方向，且多采用难加工材料，如何实现整体叶盘高质高效加工是机械制造领域亟待解决的难题之一。通过高压磨料水射流（AWJ）加工技术实现整体叶盘毛坯的开坯粗加工，是一种有效缩短整体叶盘加工周期、降低昂贵铣削刀具成本、提高开坯效率的工艺手段。本文就磨料水射流加工材料去除机理、复杂曲面轨迹优化、多物理量和机械量参数组合优化和整体叶盘开坯设备概述了国内外的研究现状，在此基础上，针对当前具有复杂曲面结构的整体叶盘开坯面临的关键问题，提出了若干解决思路和技术途径，指出了高压磨料水射流在复杂曲面零件高效加工中的发展趋势。     

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.     

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。     

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。     

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.     

模具制造的高速加工工艺研究

高速加工不但可以成倍地提高生产效率,还可进一步改善零件的加工精度和表面质量,解决一些常规加工中难以解决的某些特殊材料的高效加工问题,因此,高速加工技术在世界上引起了高度重视。主要从加工工艺方面讲述了高速铣削的技术特点以及在模具加工行业的应用。最后展望了高速加工的发展应用前景。     

复杂薄壁构件自适应加工工艺几何模型重构

随着制造理念和制造水平的不断提高,大量复合制造工艺背景下的近净成形叶片被应用到现役或在研的航空发动机中。该类叶片是典型的复杂薄壁结构零件,无精确定位基准,且成形一致性差。采用传统叶身定位,加工后的前/后缘、榫齿形状和位置精度均难以保证,从而导致产品一致性差,易超差与合格率低。针对以上问题,提出一种面向自适应加工的复杂薄壁结构零件工艺几何模型重构方法。首先,建立复杂曲面的采样点分布模型,快速获取叶片精确成型区域的位置和形状;其次,提出基于特征曲线相似变形的模型重构算法,精确重构前/后缘非精确成型区域的工艺几何模型;最后,通过精锻叶片自适应加工试验进行验证。试验结果表明：该方法可有效满足以精锻叶片为代表的复杂薄壁构件自适应加工要求。     

一种机器人砂带磨削的路径规划方法(英文)

机器人砂带磨削系统具有弹性接触和宽行加工两个显著优点,被广泛应用在具有复杂工件的终加工领域,提高表面质量和加工效率。有关在曲率约束下的磨削路径规划研究较为少见。由于工件与接触轮之间存在复杂的弹性接触,因此,机器人磨削路径可以利用接触运动学的一般方法来求解。机器人砂带磨削过程且需要满足一般的砂带磨削工艺要求,其中最重要的是保证接触轮与工件的局部几何特征贴合。在曲率较小的局部,相邻刀位点的弧长加大,以保证加工效率。相反地,在曲率较大的局部,相邻刀位点的弧长较小,以保证加工精度。利用一系列平面与目标曲面相截,得到相应的截平面的轮廓曲线。对于任意一条轮廓线,优化相邻刀位点之间的弧长,在曲率较大的局部增加一个中间刀位点。本文提出了一种包含弧长优化和主曲率匹配的磨削路径生产方法,通过离线仿真验证了有效性,并利用该方法提高了曲面的磨削质量。该路径规划方法为生成光顺且精确的机器人曲面磨削路径提供了理论依据。     

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。     

航空发动机叶片加工变形控制技术研究现状

叶片的加工精度及其稳定性对航空发动机的性能有直接的影响,然而,其加工难度较大,型面轮廓精度和表面质量很难稳定地达到设计要求。为此,国内外研究者提出了许多叶片加工变形的控制方法。在深入分析叶片变形形成机理的基础上,对现有的叶片加工变形控制方法进行分类总结和分析,阐述了不同叶片变形控制方法的原理和特点。同时,结合目前叶片的结构特点、材料特性和主要加工工艺难题指出,控制叶片型面的加工残余应力变形是实现20μm级叶片型面加工精度的关键,并且指出利用超硬砂轮悬臂高速磨削加工是实现中小型叶片型面综合变形控制的有效方法之一。     

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.     

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。     

碳化硼材料动压气浮轴承零件精密加工

针对高精度、高硬度、高脆性碳化硼材料的动压气浮轴承零件精密加工存在加工合格率低和效率低的问题,进行了加工流程、精密磨削与精密研磨的技术改进。首先,采用电火花套切方法去除大部分加工余量、小余量精密磨削和精密研磨加工的工艺方法,提高了轴承零件加工效率。其次,通过设计制作专用高精度定位磨削夹具和金刚石砂轮修整装置,解决了轴承零件磨削加工形位精度不高和砂轮无法进行在位修整的问题。最后,通过研制圆柱面精密研磨机,解决由于原有研磨设备精度差造成的加工质量和效率低的问题。通过采取技术改进措施,实现了碳化硼轴承零件亚微米级形位精度的磨削加工,提高了轴承零件的加工精度、合格率和加工效率。     

一种天线指向机构的支架四孔同轴精密加工技术

天线指向机构是实现天线高精度指向和跟踪的重要零件,其功能是为天线本体提供固定支撑、旋转精确指向、快速跟踪定位等。天线指向机构支架采用硬铝合金材料,整体外形尺寸为210mm×112mm×125mm,结构为薄壁支架零件,装配后四孔形位公差要求极高。在实际加工中采用三轴机床,通过局部余量控制技术来调节零件的变形,合理选择刀具及创新装卡方法和铣削方法实现薄壁支架零件高精度四孔同轴和高平面度的组合件高质量、高效率、低成本的数控加工。