Principle of machining variant with counter curvature blending surfaces torus cutter

基于宽行加工理论和广域曲率吻合原则,提出一种利用圆环面内侧作为刀具工作面的反圆环面刀具宽行加工叶片进排气边的新方法.该方法通过优化刀具摆角使具有定母圆半径刀具工作面的包络面充分逼近叶片进排气边曲面,从而使刀具能在给定的精度范围内以最大行宽和最少刀轨行数加工出进排气边.最后,以某型号发动机叶片的进气边为例进行了加工实验.结果表明该方法能够大幅提高进排气边的加工质量,且反圆环面刀的加工行宽比球头刀提高了5倍.     

鼓形刀宽行刀位优化纬线分割算法

为便于鼓形刀定位和姿态调整,结合最短距离线对思想,将刀具沿纬度方向进行离散.为使刀具更好地适应工件的曲率分布,实现广域曲率分布吻合,采用单点切触方法,在加工曲面一定范围内寻求最佳切触点,以达到最大切削行宽;分别采用等参数和等波高2种刀位优化算法,编制了程序;通过实例验证了新算法在避免干涉并获得最大行宽、以及实现等参数和等波高刀轨排列方面的有效性.该技术对于提高航空复杂曲面结构件的加工效率和加工质量具有重要意义和广泛的应用前景.      

基于4+2轴机床的叶轮加工技术

为扩展4轴机床的加工能力,使4轴机床具有使用鼓形刀具加工叶轮类零件的能力,将4轴机床扩展至4+2轴机床。从机构学角度对4+2轴机床进行运动学分析,证明了4+2轴加工方法的刀具姿态具有一个可优化的角度。根据机床运动链模型,推导了机床半联动轴参数与刀具姿态角度、联动轴运动参数之间的运动变换关系,得到了求解切触点处刀位信息的方法。根据对复杂曲面的几何分析、刀具干涉和机床运动范围,给出了一种4+2轴加工叶片的2个半联动轴参数选择方法。推导了4+2轴加工方法的刀轨生成算法。通过4+2轴叶轮加工实验,验证了4+2轴加工方法的可行性。实验结果表明,4+2轴加工方法生成的刀轨可用,使用4+2轴加工方法加工叶轮叶片的方案是可行的,具有生产应用价值。     

面齿轮车齿加工中切削角度和切削力计算

为了提高面齿轮的加工效率，结合车齿加工圆柱齿轮的方法，提出了一种利用车齿刀加工面齿轮的加工方法。分析了车齿加工的工作原理，建立了加工运动关系模型及车齿加工坐标系，推导了车齿刀切削刃上切削点的切削速度。对车齿刀前后刀面进行设计，建立了切削角度数学模型，分析了刀具切削角度在加工过程中的变化规律。利用VERICUT和DEFORM仿真分析软件对车齿过程进行验证，获得了加工后误差及加工参数对切削力的影响规律。     

四轴端刀无干涉刀位点计算

针对四坐标端刀加工,提出一种新的干涉检测和排除方法.该方法基于曲面的多面体模型,用解析法判断刀具与曲面是否干涉,并给出排除干涉的计算公式.最后给出四轴端刀无干涉刀位点计算的算法,实例表明该方法稳定高效.     

圆环面刀具五坐标加工端点误差控制刀位优化

在刀具和被加工曲面误差带上等距曲面的交线与特征线存在两个交点这一事实的基础上,提出了一种固定有效特征线段(特征线上位于公差带内的曲线段)端点误差值的新型刀位优化方法.以刀具有效特征线段上两端点进行定位,通过调整两端点间的距离及刀具绕这两端点连线旋转的角度避免干涉,并实现刀位优化.编制了程序,通过实例验证了新方法在避免干涉获得最大行宽和实现等波高刀轨排列方面的有效性.      

用CBN刀具高速切削灰铸铁的试验研究

研究了CBN刀具高速切削灰铸铁时的刀具前、后刀面磨损、耐用度以及富氧气氛对切削性能的影响,所用的灰铸铁具有不同的铁素体、珠光体比例,最高切削速度达1＇100 m/min.研究表明Amborite刀具的刀尖磨损略大于BZN6000刀具,在较低速度下加工以铁素体为主的灰铸铁时更容易发生月牙洼磨损;BZN6000刀具以700 m/min的切削速度加工铁素体含量较高的灰铸铁时耐用度较高,Amborite刀具的耐用度随切削速度而升高;在富氧气氛中切削可以减轻刀具磨损,这一效果对BZN6000刀具更为显著.文章中对这些现象的原因进行了讨论.     

数控加工中等高线刀具轨迹的生成

针对高质量的等高线高速加工要求,设计并实现了数控加工中、根据刀位面及其Zmap模型计算等高线刀具轨迹的原理和算法.该算法充分考虑了刀位面Zmap模型的特点,能确保刀具轨迹始终处于顺铣状态,从而保证了良好的加工工艺性.算法稳定性好,计算速度快,并已在商品化软件CAXA-ME中成功实现.      

球头铣刀在虚轴机床上的刃磨

对虚轴刃磨机床的工作原理进行了分析.建立球头铣刀刀刃的曲线方程,利用活动标架法,推导球头铣刀前后刀面的数学模型.根据球头铣刀的数学模型,求解球头铣刀的广义刀位轨迹,利用虚轴机床的反解模型,把广义的刀位轨迹换算成连杆坐标系下连杆的长度,控制连杆长度的变化,完成刃磨加工运动.进而论证了利用虚轴机床进行刀具加工的优势.     

基于航空环境的面齿轮磨珩复合磨削加工方法

面齿轮传动由于其独特的传动优点,成为航空传动的主要研究方向。根据面齿轮传动原理,得到了面齿轮齿面方程。针对面齿轮的精密加工技术问题,提出了面齿轮磨珩复合磨削加工方法;基于面齿轮专用数控磨床,建立特殊磨削加工坐标系,根据砂轮磨削对面齿轮表面质量的影响规律、开槽技术及珩齿理论,研制了面齿轮专用斜槽磨削刀具和柔性珩齿刀具结构,进而得到磨珩复合磨削刀具;在此基础上进行了面齿轮磨珩复合磨削加工实验,并对样件进行表面粗糙度、残余应力及微观纹理检测,验证面齿轮磨珩复合磨削加工方法的可行性。      

多点切触加工中的局部干涉分析

为了消除多点切触加工刀位计算的局部干涉,通过对中凹端铣刀和工件曲面之间的几何接触状况分析,得到了多点切触加工算法的局部干涉判别条件.利用微分几何得到了多点切触加工刀位中刀具和工件的交线在第一切触点处的曲率半径和刀具曲率半径的比值,结合局部干涉判别条件,得到无干涉的多点切触加工约束的解区域.结果表明无论曲面为何种样式,必须选择第二切触点在曲率较大的主方向附近的解区域中,再使用多点切触加工算法算出的刀位,才有可能不发生过切现象.      

复合弯扭涡轮叶片尾缝的快速建模

尾缝是涡轮叶片中的重要冷却结构.为解决复合弯扭叶片尾缝的精确建模问题并提高其建模效率,提出了包含尾缝工具体创建和尾缝窗口创建过程的创成式尾缝快速建模方法.首先通过叶身内外型截面线自动匹配算法、叶盆叶背曲线方位判断算法,创建具有和叶身相同或相近弯扭状况的尾缝工具体.之后借助自定义的数据结构记录各组尾缝窗口信息,创建多组不同规格的尾缝窗口,完成尾缝建模.最后使用UG Open API工具开发了尾缝快速建模程序,并通过实例验证了所提出方法的可行性.      

旋转状态下涡轮叶片前缘的流动与换热

用数值模拟的方法对旋转状态下涡轮叶片前缘冷却结构进行了数值研究,该结构由进气腔、叶片尾缘块和前缘块构成,对此结构不同的旋转速度情况进行了计算,根据计算结果分析了旋转对涡轮叶片前缘流动与换热的影响.计算结果表明,旋转状态下带气膜出流的冲击流动中,前尾缘冲击面的换热随着转速的增加而减小,且尾缘冲击面的换热比前缘冲击面的换热要好;同时前尾缘冲击面换热的差别随着转速的增加将越来越小.     

旋转叶片尾缘通道的换热特性

用实验的方法研究了旋转和静止状态下带交错肋和柱肋的涡轮叶片尾缘通道的换热特性.通道截面为楔形,交错肋段上下表面肋错开布置,节距比约为7,柱肋段包含大小两排扰流柱.在实验雷诺数为6 100~33 000,旋转数0~0.6的工况下对比分析了尾缘通道交错肋段和柱肋段的旋转静止换热特性.研究结果表明:静态下,交错肋段前后缘面存在换热差异,且该差异沿程减小;在交错肋充分发展段,旋转增强了后缘面的换热,削弱了前缘面的换热;交错肋段前后缘面叶间处换热旋转下均得到增强;旋转下柱肋段的过渡段尺度减小,换热最强点向低半径处偏移.     

曲率连续造型方法对激波噪声的影响机理

激波噪声是大涵道比涡扇发动机噪声的主要来源。为降低风扇/压气机叶片叶尖产生的激波噪声，对轴向亚音、相对超音的基元级叶型前缘脱体激波系进行研究。基于几何Hermit差值法（GHI）思想，提出一种3段式贝塞尔（Bezier）曲线构造曲率连续前缘叶型的方法，在完成改型设计时拥有更高的自由度。通过改变前缘上3段Bezier曲线间过渡点位置，探究局部曲率优化、整体曲率优化及带厚度补偿的改型方式对前缘处外伸激波强度和激波噪声的影响。通过对比研究不同数值模拟，结果表明：曲率连续前缘设计能减小叶型前缘处过膨胀区大小，减小由此产生的逆压梯度；局部曲率优化和整体曲率优化的方式能够分别在距前缘1倍弦长处降低噪声1.6 dB和4.6 dB。     

涡轮叶片尾缘复合通道的换热

采用热色液晶测温法,测量了涡轮叶片尾缘带隔板的复合通道的温度场,分析了射流冲击强化扰流柱通道内换热的机理,讨论了两通道间隔板的不同开孔结构对换热的影响.从工程应用的角度出发提出了几个换热评价指标,对不同开孔结构的隔板进行了换热评价.结果表明:冷气由第1通道进入,通过隔板上的孔不断由径向流动变为弦向流动后,对第2通道的扰流柱区形成冲击,最后由劈缝排出,提高了尾缘的换热;开孔均匀的隔板换热效果相对较好.     

虚轴磨床加工球面铣刀的工艺模型

前刀面与后刀面的刃磨加工是球面铣刀加工工艺中最复杂的加工模型,尤其是球面端刃的前后刀面的加工模型,是研究的热点问题.虚轴机床的结构与传统机床不同,机床的运动控制特性也不同,需要特别加以考虑.详细研究了阿基米德螺旋线和圆弧轨迹2种球面端刃前刀面曲线的生成模型,计算了加工这2种前刀面曲线时相应机床运动的位置控制参数,由此提出了适合于虚轴机床的球面铣刀前后刀面刃磨的工艺模型及相应的加工工艺方法,解决了采用6USP虚轴机床加工球面铣刀的工艺问题.使加工模型简化而且合理,提高了虚轴机床的加工效率和精度.      

涡轮叶片尾缘复合通道隔板结构对流动的影响

涡轮叶片尾缘隔板结构的优化可以强化换热,其机理是破坏附面层的形成,并形成脉动效果.本试验通过流道中打入粒子,在激光片光源的照射下使用高速摄像头拍摄涡轮叶片尾缘带隔板的复合通道内的流动形式.主要试验了2种不同结构的隔板(矩形隔板与120°波形隔板)在射流孔全部打开和单个射流孔打开时的流动形式,以及波形隔板在不同条件下对流动形式的影响.结果表明:矩形隔板和波形隔板都对射流有所影响;波形隔板射流有其特有的震荡效果,在固定几何条件下,主要与进口雷诺数相关.