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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

整体叶盘叶片磨抛工艺参数优化

以整体叶盘作为加工对象,为提高其叶片表面加工质量,降低表面粗糙度,展开整体叶盘磨抛工艺参数(如砂带粒度、砂带线速度、进给速度)的优化.首先,进行整体叶盘数控磨抛试验,其次,应用信噪比优化磨抛工艺参数,最后,选最优工艺参数对整体叶盘进行磨抛试验,加工表面测量结果表明,整体叶盘表面粗糙度显著降低,满足叶盘表面加工质量要求.     

机器人磨抛复杂曲面加工轨迹对表面质量的影响研究

为了探究不同加工轨迹及其排布对工件磨抛加工表面质量的影响,本文进行了机器人磨抛轨迹对工件表面质量影响规律的研究。基于Preston去除方程和Hertz接触理论建立了砂带磨抛加工材料去除深度模型,分析了表面残留纹理的生成机理。以曲面航空发动机叶片为试验样件,利用自行搭建的机器人磨抛系统,分别使用等距轨迹、摆线轨迹进行加工试验,分析材料去除效果及表面纹理情况。试验结果表明,采用传统直线加工的等距轨迹于搭接处产生条带状纹理;摆线因其多方向性的加工动作,均化了表面纹理,提高了加工表面一致性。     

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。     

航空发动机叶片叶缘随形磨抛刀路规划

航空发动机叶片是整机核心零件,其制造量占到30%以上。叶片叶缘具有大弯扭复杂曲面、薄壁圆角半径微小渐变、精度要求苛刻等特征,末端工序磨抛的精度和品质直接决定整机的性能与寿命。人工仍然是叶片叶缘磨抛的主要手段,然而粉尘危害健康、经验依赖性强、零件一致性差等不足决定了自动化磨抛是必然趋势。叶片叶缘自动化磨抛多采用砂轮横磨或纵磨的刀路规划方式,存在刀路不连续且分行密集、力控制困难等不足,易造成叶缘局部过切,难以保证圆角轮廓创成。为此,建立了砂带包络叶缘的螺旋进给力控磨抛工艺,提出了面族与复杂曲面高阶切触的随形磨抛路径规划方法,实现了叶片叶缘的宽行高效磨抛。首先对叶缘区域进行横磨刀路规划,然后依照圆弧拟合曲线原理进行高阶切触式包络段再规划,最后进行横纵混合磨抛路径规划实现螺旋式连续进给。针对航空发动机叶片开展仿真和实验验证,结果表明所提出的方法相比于传统的横磨或纵磨方法,可将刀触点减少78.8%,轮廓精度由-0.06~+0.07 mm提高到-0.015~+0.05 mm,表面粗糙度由R_a>3.2 μm提高到0.175 μm,并且有效保证了叶缘轮廓形状,避免了过切现象。     

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。     

叶片磨抛机器人力/位混合控制的设计与实现

为提高航空类发动机叶片的自动化磨抛精度,减小复杂曲面叶片加工轨迹控制误差,采用基于六维力传感器的机器人力/位混合控制策略,实现机器人磨抛轨迹的在线修正。搭建以Staubli机器人和ATI六维力传感器为核心部件的叶片磨抛验证平台,通过C++开发上位机,采集磨抛过程中六维力传感器信息并进行Kalman滤波。通过示教确定机器人运动轨迹,对机器人运动轨迹与力传感器信息进行采集分析,确定基于力/位混合控制可以实现机器人运动轨迹的在线修正,为复杂曲面的叶片磨抛轨迹控制提供一种解决方案。     

控制力超精密研抛测控系统

简要介绍超精密抛光技术的发展动态,围绕精密研抛机的现有加工技术水平,开发可实现超精密抛光的控制力系统.     

薄壁微三维结构件超精密研抛技术研究

针对影响薄壁微结构件超精密研抛的工艺因素,即单次进给量、研磨轨迹、研磨膏选择和去除量精确控制,通过大量的研抛加工试验,进行研抛工艺研究,得到能实现稳定和理想加工结果的研抛工艺,很好的满足零件性能要求。     

面向国家重大战略需求聚焦高性能表面精密加工——走进重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心

重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心(以下简称“中心”)成立于2005年,依托重庆三磨海达磨床有限公司和重庆大学,以三磨海达专业技术研究和丰富的管理及市场运作经验为支撑,结合重庆大学以硕士、博士及博士后培养建立的产学研流动机制,成为国内专注于各类材料表面精密加工以及相关成套装备工程化研发及推广技术应用研究机构,通过不断加强在材料表面精密加工技术、磨料与材料表面交互作用机理、精密机床结构设计与优化技术、强力高速高效复合磨削技术等方面的研究与创新及科技成果转化,为国内广大企业引进、消化、吸收先进材料表面精密加工技术提供技术支撑和服务平台。     

精密砂带振动磨削研抛头架

清华大学最新研制出的精密带式振动磨削研抛头架，是将砂带磨削。研抛和振动加工结合起来，形成复合加工，是一种新型精密加工和超精密加工方法．它不仅可以用来加工工程上常用的黑色金属、有色金属等工程材料，而且有效地解决了一些难加工材料工件的加工问题。该加工方法可对工件进行外圆、平面及成形表面的加工，达到高精度和低表面粗糙度值．研抛头架可以安装在多种规格的车床上或专用磨床上，使之成为这类机床的一个附加部件，代替外圆磨床对回转体工件进行外圆及端面的磨削加工，使之在工件一次装夹中完成粗磨、半用磨。精磨及研抛等精…     

TC4钛合金材料采用金刚石砂轮磨削时的工艺参数优化

钛合金材料在航空器和发动机中的应用极为广泛,涡扇发动机中低压压气机静子叶片基本由钛合金材料制成,由于钛合金的磨削性能较差,对选用金刚石砂轮进行钛合金材料磨削时的主要工艺影响因素（如进给速度、磨抛深度等）进行了试验分析,优选出更适用于金刚石砂轮磨削钛合金的工艺参数,该参数不仅能够用于自研的双面仿形抛修设备,还可以对其他型号磨床磨削钛合金材料时的工艺参数选择提供指导。     

磨削磨料加工技术的最新发展

概述了近年来磨削技术及其理论研究领域的最新进展 ,其中包括超精密磨削、研磨、抛光以及超精密复合磨削 ,重负荷荒磨、砂带磨削、超高速磨削、高效深磨技术 ,磨削自动化、数控化、智能化和虚拟化等方面的发展 ;另外 ,还介绍了砂轮修整、磨削液注入、绿色磨削、表面完整性和磨削淬硬等方面的技术进步与最新成果     

稀土对GH4169激光微焊接接头组织性能的影响

通过添加稀土元素Ce对0.2mm厚的GH4169高温合金进行微激光对接焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪测试等分析方法,对比研究稀土元素对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能的影响。结果表明：在添加稀土元素的条件下焊接时,对焊接工艺参数进行正交试验优化,得出焊接最优工艺参数为脉冲功率17%、脉冲频率4.0Hz、脉冲宽度3.1 ms,此时焊接接头断裂在母材。焊接过程中,液态金属流动使稀土在熔池中均匀混合,获得了组织均匀的焊缝。稀土元素能够改变焊缝温度梯度,形成“梯形”状焊缝;同时,稀土元素能够降低接头的显微硬度,增强接头的韧性和塑性。     

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.