八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成机理

钛合金在传统麻花钻常规钻孔后,会产生较大的孔出口毛刺,这将导致孔出口去毛刺困难且影响紧固件装配质量。本文引入一种八面钻新刃型刀具,并利用超声振动钻削技术,进行了八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成的基础理论和试验研究。理论分析了普通钻削和超声振动钻削的出口毛刺形成过程以及超声振动钻削的出口毛刺降低机理,同时试验验证了超声振动钻削的出口毛刺降低效果。结果表明:相比于钛合金普通钻削,超声振动钻削极大地提高了钻头刀具的切削能力,分别降低了钻削力16%~20%、切削温度18%~21%和出口毛刺高度82%~89%,有效降低了装配过程的去毛刺困难和生产成本。     

运载火箭铝合金叠层壁板自动化制孔工艺对钻孔毛刺影响的研究

为满足运载火箭大型舱段壁板的自动钻铆对制孔质量的要求,本文对典型铝合金叠层进行了自动化制孔试验,采用正交试验分析了主轴转速、进给量和刀具锋角三种制孔参数对出孔毛刺高度的影响,同时进行了不同压紧力作用下制孔试验,研究了压紧力对叠层层间毛刺高度的影响规律。试验表明,在适当的钻削参数下可实现运载火箭铝合金叠层壁板的高质量制孔,叠层制孔层间毛刺可控制在0.045mm左右,出口毛刺高度﹤0.127mm。     

钛板刚度对钻削轴向力和出口毛刺的影响

针对弱刚性钛合金薄板钻削过程,从理论和实验两方面研究工件刚度对轴向力和出口毛刺的影响规律。考虑工件变形与轴向力的相互影响,建立弱刚性钛板钻削轴向力预测模型,求解工件变形带来的附加进给率,结合提出的毛刺厚度预测方法和高度累积判定式,实现工件刚度的影响规律分析,并设计以刚度和进给率为变量的钻削实验。实验结果表明,随着工件刚度的减小,轴向力曲线上升段延长、下降段缩短,最大值略微减小;而毛刺高度减小、厚度增加,类型从冠状变为均匀状。轴向力预测曲线与实验曲线趋势相符,峰值预测误差在8%以内;毛刺尺寸和类型的理论分析结果与实验结果具有一致性。工件刚度以改变实际进给率的方式影响钻削过程,因此弱刚性钛板钻削出口毛刺的抑制要综合考虑工件刚度的影响。     

Investigation on the interface damage in drilling low-stiffness CFRP/Ti stacks

Carbon fiber reinforced plastic and titanium alloy (CFRP/Ti) stacks have been widely used as aerospace structures because of their excellent combination of physical properties. Interface damage caused by interface gaps, significantly different from that of metal/metal stacks, is a common problem in the through-hole drilling of CFRP/Ti stacks with low stiffness. In this study, a force–deformation coupling model was developed to further examine the formation mechanism and the control method of interface damage. Firstly, the coupling model was built considering the interaction between the thrust force and the deformation. To solve this model, a numerical method was proposed in which specific cutting coefficients were calibrated using only the thrust force of rigid stacks. Secondly, drilling experiments were performed with different feed rates and bending stiffness. Experimental results indicate that interface damage mainly includes interlayer chips and surface damage of CFRP layers. The surface damage, which is irreparable, is caused by the rotary extension of metal chips along the interlayer gap. Thirdly, variations of the interface gap were calculated with the coupling model that had been verified by measured thrust forces. The damage area was found to have a linear dependence relation with the interlayer gap. However, in conditions of large gap sizes, the interface damage areas increased with the interlayer gap at high feed rates, while decreasing slightly at low feed rates. This phenomenon was satisfactorily explained by the presented model. Finally, a method was proposed to determine the appropriate pressure exceeding which no interlayer damage will occur. Additional drilling experiments proved the method effective. This study leads to further understanding of the forming mechanism of interlayer damage and of selecting appropriate parameters in drilling low-stiffness composite/metal stacks.     

刀具材料对运载火箭叠层厚板高速制孔影响的实验研究

针对当前厚度大于10mm的运载火箭铝合金叠层板在高速制孔过程中存在的钻头折断、噪音、毛刺等问题,开展了刀具材料对运载火箭叠层厚板钻孔影响的实验研究。从孔径、毛刺和切削力等方面分析含钴高速钢、硬质合金和涂层硬质合金3种刀具材料对制孔的影响。结果表明:相比于硬质合金钻头,含钴高速钢麻花钻尽管钻削力较高,但具有钻孔数量多、产生的毛刺高度小、出入口较为光整、细小毛刺少、刀具发生磨损而不断裂等优点,因此,更适合进行2219铝合金叠层厚板的制孔。     

机器人自动换刀系统刀夹受力及排布

机器人制孔系统因其低成本、高效率、高柔性的优势,在飞机壁板装配中得到了广泛应用。机器人自动换刀系统作为飞机壁板机器人制孔系统的重要组成部分,极大地影响着制孔的效率和柔性。本文对机器人自动换刀系统进行分析,着重对刀夹稳定夹持力、换刀过程刀夹阻力和盘式刀库刀夹双环排布进行了深入研究。通过分析刀夹结构和夹紧原理,计算稳定夹持力;通过构建换刀过程中刀具轮廓与刀夹轮廓的几何位置关系,结合受力分析,计算换刀过程刀夹阻力;通过简化刀夹组件轮廓及惯量计算,分别对4种刀夹双环排布方案进行分析研究,以圆形刀盘上的总惯量最小为目标,得到了最优的刀夹排布方式。最后根据实际工程需求,给出了容量为24把刀具的盘式刀库设计实例。     

Defect suppression mechanism of ultrasonic vibration-assisted drilling carbon fiber/bismaleimide composite

Ultrasonic vibration-assisted drilling (UVAD) has recently been successfully applied in the drilling of carbon fiber reinforced polymer/plastic (CFRP) due to its high reliability. Multiple defects have been observed in the CFRP drilling process which negatively affects the quality of the hole. The carbon fiber/bismaleimide (BMI) composites is an advanced kind of CFRPs with greater strength and heat resistance, having been rapidly applied in lightweight and high temperature resistant structures in the aerospace field. To suppress the defect during the drilling of carbon fiber/BMI composites, it is necessary to comprehensively understand the defect formation and suppression mechanism at different positions. In this study, the defects formation in both conventional drilling (CD) and UVAD were observed and analyzed. The variation trend in the defect factor and thrust force with the spindle speed and feed rate were acquired. The results revealed that the UVAD could significantly enhance the hole’s quality with no delamination and burr. Meanwhile, the defect suppression mechanism and thrust force in UVAD were analyzed and verified, where the method of rod chip removal affected the exit defect formation. In summary, UVAD can be considered a promising and competitive technique for drilling carbon fiber/BMI composites.     

Influence of longitudinal-torsional ultrasonic-assisted vibration on micro-hole drilling Ti-6Al-4V

As Ti-6Al-4V is a typical hard to machine material, especially in micro drilling aviation parts, chip breaking difficulty is of increasing interest to explore its further development. In this study, Longitudinal-Torsional Ultrasonic Assisted Drilling (LTUAD) was employed to machine Ti-6Al-4V, and its feasibility was evaluated by comparing with Conventional Drilling (CD). By combining periodical characteristics and vibration models (the separated or the unseparated ultrasonic elliptical vibration), the influence of ultrasonic frequency on the intersection characteristics of trajectories were analyzed. And the intersection characteristics were divided into four categories: even periodicity, odd periodicity, non-odd and even periodicity and composite periodicity, indicating different capability for chip breaking. By applying the longitudinal-torsional compound vibration horn, the micro-hole drilling experiment was carried out on machining center. The chip morphology, the thrust force, and the burr height were discussed. Experimental results showed that the morphology of chips presented as smaller and more fragmentary ones in LTUAD compared with continuous helical conical ones and fold-shaped ones in CD. Compared with CD, the average values of the thrust force in LTUAD reduced by 1.98% to 24.9%. According to the burr around the hole exit in both LTUAD and CD, the height of the latter was greatly affected by the drilling parameters. And the burr around the exit of the hole were distributed rather evenly with smaller extension in LTUAD. Consequently, the LTUAD employed in micro-hole drilling was effective.     

机器人辅助飞机装配制孔中位姿精度补偿技术

在飞机自动化装配中,机器人制孔技术由于其高度柔性和相对低成本而倍受关注.然而,机器人本身的动、静态误差及制孔过程大量坐标系标定和坐标转换会引起难以补偿的残留误差,为提高机器人制孔的位置和姿态精度,构建一种基于激光跟踪仪闭环反馈的机器人辅助飞机装配制孔系统.本文首先论述应用激光跟踪仪建立系统中关键坐标系的方法,并分析了机...     

应用于飞机装配的并联机构技术发展综述

并联机构的闭链结构使其具有良好的精度、刚性及动态性能,可满足飞机装配的精度、效率需求,因此,以并联机构为构型主体的自动化装配装备正越来越多地应用于飞机装配中。首先,概述了当前并联机构发展现状及飞机装配体现出的新特点,分析了并联机构应用于飞机装配的优势。其次,从飞机装配零部件加工和飞机零部件装配调姿定位两个方面综述了应用于飞机装配并联机构的国内外发展现状。然后,探讨了并联机构主要的前沿研究问题,从并联机构可重构设计、性能评价及优化设计、精度建模和力/位协同控制等4个方面,详细分析了并联机构应用于飞机装配中的关键技术。最后,对并联机构应用在飞机装配中未来的发展方向和机遇做了展望。     

航空发动机转子过盈止口热装过程研究

为使某航空发动机转子过盈止口热装到位,需要选择合适的预紧压力.利用有限元分析方法,对过盈止口进行稳态、瞬态热分析及瞬态动力学分析,获得了止口温度场、接触压力及摩擦力随时间的精确变化趋势,为合理选择过盈止口热装压紧力提供参考依据.     

舰载飞机着舰时拦阻钩碰撞反弹动力学分析

为了解舰载飞机着舰时拦阻钩碰撞甲板后被反弹的动力学性能,以某舰载飞机为研究对象,建立了全机着舰动力学模型和拦阻钩碰撞甲板的碰撞模型,进行了全机着舰动力学仿真,通过拦阻钩碰撞反弹试验对碰撞模型进行修正,得到了更加准确的碰撞模型。将仿真结果与试验结果进行对比,验证了模型的准确性。研究了甲板涂层、俯仰角、航向速度、下沉速度和拦阻钩阻尼器参数对拦阻钩反弹动力学性能的影响。结果表明:航向速度对反弹高度和碰撞力几乎没有影响;随着下沉速度和俯仰角的增加,反弹高度和碰撞力也增加;拦阻钩阻尼器参数的变化不会影响碰撞力,但是对反弹动力学性能会产生明显的影响。     

柔性工装及自动化装配设备在大型飞机装配中的运用

大型飞机的大尺寸、高要求的特点为其装配过程带来了不少的困难,国外大型飞机装配多采用柔性装配工装与自动化装配设备完成其装配过程。本文分析了国外大型飞机装配中所运用的先进技术手段与国内飞机制造业的现有基础,并为国内大型飞机的装配提出切实可行的建议。     

高韧性芳纶纤维铣削表面质量和铣削力

文摘芳纶纤维复合材料(AFRP)在铣削过程中会产生毛边、起毛、撕裂等缺陷,严重影响材料的装配使用。为解决上述问题对刀具结构、主轴转速、进给速度进行正交实验,从铣削力、铣削表面粗糙度以及铣削表面缺陷等方面研究铣削参数和刀具结构对芳纶纤维复合材料铣削表面质量的影响规律。实验结果表明:主轴转速和进给速度对铣削表面粗糙度和铣削力有显著影响,使用鱼鳞铣刀铣削的表面粗糙度比普通四刃立铣刀的表面粗糙度降低28%,并且毛边宽度较小,铣削表面质量最好,更适合于AFRP的铣削加工。     

螺旋铣孔技术研究进展

各种连接孔的加工是航空航天构件装配中的重要工作之一。新型大型飞机等难加工材料使用越来越多、制孔孔径深度越来越大、制孔精度质量要求越来越高,使得制孔加工变得越发困难,传统制孔方法逐渐不能满足需求。螺旋铣孔是一种针对航空航天构件装配制孔需求出现的新技术,其采用特制刀具通过偏心铣削的方式实现圆孔加工。由于材料去除原理改变,螺旋铣孔相对传统制孔方法在加工精度、生产效率、刀具成本、适用性等多个方面表现出优势,成为当前航空航天领域制孔技术的研究热点之一。首先在阐述螺旋铣孔基本原理的基础上分析了其技术优势;然后重点围绕加工机理与专用装备两个方面,概述了螺旋铣孔技术的发展现状;最后,分析了螺旋铣孔技术的发展趋势。     

基于误差相似性的移动机器人定位误差补偿

对由AGV承载的工业机器人组成的AGV式移动制孔机器人的定位误差补偿方法进行了研究。在面向飞机装配的AGV式移动制孔机器人系统中，利用激光跟踪仪构建坐标系，提出了AGV式移动制孔机器人机座坐标系的换站方法，能更好地适应飞机制造多品种、小批量的特点。基于对AGV式移动制孔机器人定位误差源的分析，利用定位误差相似性，提出针对AGV式移动制孔机器人的基于反距离加权定位误差的空间插值与补偿方法，克服了现有技术对于AGV式移动制孔机器人定位误差补偿的局限性。以AGV搭载的KUKA KR480型工业机器人制孔系统作为试验对象，通过试验选取最优网格步长，补偿结果表明，能将系统综合定位误差平均值由补偿前的1.045 mm降低到0.227 mm，最大绝对定位误差由补偿前的2.727 mm降低到0.478 mm，降低了82.47%，该方法能有效提高AGV式移动制孔机器人的绝对定位精度。     

一种基于旋量理论的自动钻铆机调姿反解算法

运动学反解是实现机床运动控制的技术基础,也是提高运动精度的技术保证。根据飞机装配自动化钻铆的需求分析,以龙门式自动钻铆机为研究对象,基于旋量理论建立其运动学模型。采用Paden-Kalan子问题模型和自动钻铆机上下末端执行器的几何关系相结合的方法,提出了一种基于旋量理论的自动钻铆机运动学反解算法,并在CATIA中的DMU模块下对算法进行算例验证。结果表明:基于旋量理论的运动学反解算法正确,为自动钻铆机的运动控制提供了理论基础。     

飞机自动化装配设备有效工时分析

为提高飞机自动化装配设备的产能分析及预测准确度,提出了一种基于动态混合威布尔分布模型的飞机自动化装配设备有效工时解算方法。根据飞机装配过程特性,建立自动化装配设备可用度的动态混合三参数威布尔模型;分析了自动化装配设备各类子系统对设备总体可用度的影响度,计算了子系统可用度的动态权重;对设备可用度的混合威布尔模型进行了参数估计,求解设备可用度后计算设备的有效工时。以某型飞机机翼壁板装配站内的自动钻铆设备为实例,验证了方法的有效性。     

钛合金零件钻削过程仿真与试验研究

钛合金被广泛用于航空工业中,譬如民用飞机吊挂滑轨等典型结构的制造。钛合金作为难加工材料,通常使用钻削的方法进行加工,不同的钻削参数对应不同的钻削温度和钻削力,而钻削温度和钻削力对加工精度影响较大。为使加工参数和加工精度得到很好地匹配,借助Deform 3D有限元仿真软件建立了钛合金热应力耦合有限元模型,通过软件仿真研究钛合金滑轨在加工过程中的钻削力以及钻削温度。首先,对钻头和钛合金试件进行网格划分。其次,建立材料本构模型和切屑分离标准,使用仿真软件得到加工过程的钻削力和钻削温度。最后,采用试验方法获取钻削温度和钻削力,与仿真结果进行对比。结果表明:仿真结果与试验较为吻合,仿真能输出有效的钻削力和钻削温度。     

舰载机维修保障力量需求研究

战备完好率是舰载机最重要的军事效能指标之一,维修保障力量是维持和恢复舰载机战备完好率、保证舰载机持续作战能力的关键。基于飞机状态转移过程,根据维修组与待维修飞机的数量关系,构建了不同状态飞机数量动态变化的数学模型,讨论了不同的维修保障能力下平均完好飞机数量变化情况,并根据战备完好率指标分析了维修保障力量需求情况。仿真结果显示,模型能够较为清晰地表达出维修保障力量变化对舰载机战备完好率的影响,对于舰载机维修保障力量的部署有实际的参考价值。