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。     

近净成形叶片重构曲面刀具轨迹自适应规划

近净成形叶片作为一种高效低成本的新型工艺方法,越来越广泛地被应用在航空发动机叶片毛坯制造上。航空发动机近净成形叶片其叶型复杂且属于薄壁类零件,无法保证所有区域一次成形且满足设计精度要求,需要对进/排气边区域进行自适应加工。自适应加工中进/排气边曲面通常为重构曲面,因为测量数据、缘头形状约束、毛坯变形等因素影响,重构曲面会出现曲率变化大、边界不齐等问题。针对上述问题,本文通过分析刀心轨迹与加工曲面几何关系,以光顺偏置曲面为基础,建立光顺刀心轨迹规划线规划算法,实现了重构曲面光顺刀心轨迹的高效自动化生成。在某型精锻叶片上进行了数控加工试验,试验结果显示进/排气边曲面轮廓公差控制在（–0.02～+0.039） mm范围内,满足图纸设计公差（–0.03～+0.05） mm的要求,证明了所提算法的有效性和实用性。     

航空发动机叶片前后缘自由式砂带抛光技术

由于叶片前后缘(LTE)的轮廓形状和表面质量将对航空发动机的气动性能和叶片的疲劳性能产生直接影响,因此为提高前后缘的轮廓度和表面质量,通过对目前航空发动机叶片前后缘抛光所存在的问题进行分析,结合叶片前后缘抛光工艺要求,并基于自由式砂带抛光的工艺特点,提出了叶片前后缘自由式砂带抛光工艺方法;针对该抛光工艺方法,建立其砂带张紧力控制系统,确定了抛光加工中的砂带走刀步长计算公式及抛光轨迹规划方法;最后以某型号叶片的前后缘作为加工对象进行抛光实验研究。检测结果显示:叶片前后缘轮廓度误差小于0.01mm,其表面粗糙度小于0.4μm,证实了该抛光工艺方法对提高叶片前后缘的轮廓度和表面质量的有效性。     

面向自适应加工的精锻叶片前后缘模型重构

针对精锻叶片前后缘数控加工在加工边界出现"台阶"等问题,提出面向自适应加工的模型重构方法。首先,根据精锻叶片的特点给出前后缘加工工艺方案。其次,根据工艺方案建立在机测量模型并进行路径规划。在此基础上,依据前后缘实际几何型面参数以及理论模型各截面前后缘圆弧圆心和半径允差,提出重构模型圆弧圆心及半径搜索算法;根据各截面的测量点拟合线、理论截面线以及搜索的圆弧圆心和半径,建立重构前后缘模型。最后,通过对比重构模型与理论模型的偏差以及数控加工试验证明该方法能够有效地减小锻造叶片叶身实际型面与前后缘在衔接处的"台阶"缺陷问题,为复合制造工艺背景下精锻叶片前后缘加工成型提供依据。     

航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术

航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术集成了数字化检测、工件定位和模型重构等数字化制造领域中的多项技术,是实现以精锻叶片为代表的复合制造工艺背景下叶片类零件高效精密加工的一种系统解决方案。该技术的研究与应用对于改善我国航空发动机精锻叶片制造领域现状,提升先进制造技术水平具有重要意义。     

多目标约束的精锻叶片几何重构优化算法

新型航空发动机已部分采用精密锻造工艺提高叶片的制造精度和效率。然而,精锻后的叶身型面与设计模型存在几何偏差,导致依据设计模型加工后的进/排气边与精锻的叶身型面不能很好地匹配。为了解决该问题,提出一种面向精锻叶片自适应加工的几何重构方法。首先,建立基于公差约束配准的目标函数,并采用粒子群优化（PSO）算法求解目标函数。其次,提出基于叶身变形趋势预测进/排气边轮廓的光顺重构算法。最后,通过精锻叶片自适应数控加工实验对提出的方案和算法进行验证。实验结果表明,该方案可以有效重构出合格的工艺模型,满足精锻叶片的精密数控加工要求。     

基于CAM/CNC集成的航空大型薄壁件数控加工在机刀轨调整方法

航空大型薄壁零件刚性弱,加工过程中易产生超差变形,需要对零件进行在机检测,并将检测数据反馈给CAM系统进行拟合并调整刀轨。以上过程需要在不同部门和系统间进行切换,严重影响了生产效率。针对以上问题,提出了一种基于CAM/CNC集成的航空大型薄壁件数控加工在机刀轨调整方法。建立了CAM/CNC集成框架,并构建了用于CAM/CNC间信息传递的动态特征信息模型,基于CAM系统离线生成特征理论中间状态,基于CNC系统建立特征实际中间状态检测点同理论中间状态的映射关系。通过分析理论厚度和实际厚度,确定特征中间状态的变形情况。针对变形导致特征中间状态加工余量无法包络符合公差要求的最终加工状态的情况,进行在机刀轨调整。基于所提出的方法开发的航空大型薄壁件数控加工在机刀轨调整系统在某大型航空企业得到了应用验证,可有效避免信息的反复传递,减少了工艺人员的重复劳动,提高了生产效率。     

航空发动机复合材料叶片切削加工智能装夹系统

航空发动机复合材料叶片通过热压成型后，型面误差大，刚性弱，其榫根铣削和叶片切边加工装夹难度大，往往需要通过扫描来重构型面，重新生成加工代码，导致加工过程复杂，加工代码文件不通用，严重影响了其批量生产效率。提出用于航发复材叶片切削加工的多点阵自适应装夹和调姿系统。该系统采用定位和夹紧分开的柔性阵列工装，夹紧采用弹性吸盘，定位采用刚性定位器，确保吸紧和定位后叶片型面的精度；该系统能够在叶面最大误差范围内，根据叶片型面和榫根的误差自动地调节加工位姿，确保在不修改加工代码的情况下，实现满足性能要求的榫根和前后缘加工，大大减小了叶片切削加工的难度，提高了加工的效率。     

面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工技术研究

整体叶盘由多个叶片呈圆周阵列布置在轮毂上,由于叶身型面为弱刚性零件,精加工时刀具磨损、颤振及让刀变形较为严重,影响了加工质量的进一步提高。提出一种面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工工艺,叶片型面采用磨削加工工艺,叶根、流道区域采用铣削加工工艺,通过控制磨削与铣削刀轨重叠区域的接刀误差实现叶盘全型面加工。试验结果表明,铣磨组合加工工艺表现出较好的加工质量,接刀误差控制在0.01 mm以内,轮廓误差小于0.04 mm,并通过加工试验验证了多主轴阵列加工的可行性,在保证加工质量的同时可大幅度提升加工效率。     

航空发动机叶片型面的旋流式光整加工实验研究

本文利用旋流式光整技术针对航空发动机叶片型面的光整加工进行实验研究,制定了叶片型面光整工艺路程,优选了磨料,设计了叶片光整实验用夹具。通过具体叶片型面和前后缘的光整实验验证了旋流式光整加工及其实验方案能够满足叶片型面和前后缘的设计要求,提高光整效率1倍以上,并且改善叶片型面的应力状态及其分布,从而大幅度提高叶片的疲劳寿命。     

面向性能的压气机叶片铣削加工误差分析及统计

为提高航空发动机压气机叶片的加工质量,对其铣削加工中的质量影响因素进行了分析,包括加工前工艺规划及几何造型等因素、加工过程中变形与稳定性等问题以及加工后的残余应力变形等。针对必然存在的加工误差,提出了一种概率统计方法,并在此基础上对于影响气动性能的叶型关键几何区域,建立了有关轮廓误差和叶型参数误差的统计分析方法。借助于气动性能试验,获得了稳定工况下关键参数的误差分布,从而为指导叶片的实际铣削加工提供了理论依据。     

整体叶盘数控抛光工艺及工艺装备技术研究

近年来,国内相关行业突破了整体叶盘制造过程中的高效开槽工艺、无干涉刀位计算和精密加工变形控制等关键技术,实现了整体叶盘高效精密加工。整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的核心部件,它的应用是提高发动机性能、简     

一种叶片在机测量数据重构建模技术研究

航空发动机叶片作为飞机的重要部件之一,传统的叶片加工采用三维数字化模型设计,利用数控机床加工,使用坐标测量机检测加工精度。在加工过程中需要经常在数控机床和计量测试单位间进行零件周转,导致零件需要重复装夹定位和对刀,容易产生定位误差和叶片变形,造成超差和报废,使叶片的制造周期变长,采用在机检测技术,可以有效地避免这些问题。     

航空发动机叶片型面加工误差可视化方法研究

叶片型面加工质量的科学检测是保证航空发动机叶片高气动性能的关键技术之一,针对目前叶片型面检测结果可视化程度低,且常规的数模比对方法难以对复杂扭曲叶片型面加工质量进行准确分析的现状,本文基于叶身型面的定义提出了具有节点层特征的自适应三角网格模型以及叶片型面主要加工误差的可视化分析方法,并以叶片型面为检测对象进行了验证分析。结果表明:该方法及其对应的软件系统能够对叶片截面型线轮廓度误差、扭曲变形误差、掠变形误差、弯变形误差以及截面型线轮廓超差量进行直观、准确的可视化分析,减少了原有截面特征检测报告中近30%的文字数据,提高了检测结果的可视化程度,能够有效地协助检测人员完成叶片型面加工质量的分析和评定工作。     

环面工具加工叶根过渡曲面的刀位可行域

利用环面工具加工过渡曲面时经常发生整体干涉,主要原因是缺乏对复杂环面工具加工复杂曲面时刀位可行域的研究。虽然采用常规的优化方法在大范围内对可行刀位进行搜索是可行的,但是需要耗费大量时间。为了避免刀具与过渡曲面的干涉并同时提高加工效率,研究了一种更加符合此区域结构特点的刀位优化算法,使得叶根过渡曲面得以无干涉地整体宽行加工。通过对典型叶根过渡曲面的可行刀位进行研究,发现其可行域形状为盾形,且行宽最大的刀位位于该盾形区域的两个底部边界上,有时位于该边界的端点上。根据该原理提出一种最优刀位搜索方法——沿着盾形区域底部边界搜索,应用最优化的刀位可行域以获得高的加工效率。以某航空发动机叶片的叶根过渡曲面为例进行了刀位优化计算、仿真和加工实验,验证了该方法在叶根过渡曲面加工中的有效性。     

随形固定自适应夹具加工变形控制方法

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,由于叶片的薄壁和曲率多变特点,易受装夹、切削力和残余应力的影响而产生弯曲、扭转变形。针对该问题,本文提出了一种随形固定自适应夹具加工变形控制方法,可以将叶片无应力装夹,并将加工过程中产生的变形逐层消除。实验结果表明,采用随性固定自适应夹具加工变形控制方法,可以有效控制叶片加工过程中产生的变形,提高加工精度。     

薄壁叶片叶型多工序加工检验模型建立方法

为了提高叶片的加工质量、降低叶片成品的废品率和加工成本，以航空发动机薄壁叶片数控铣削、抛光、振动光饰、喷丸强化的典型加工工艺为研究对象，提出了一种面向多工序的加工变形误差补偿方法及加工检验模型的建立方法。分析各工序的加工变形规律，将多工序变形误差作为一个整体，利用反变形误差补偿方法建立数控精铣工序的加工模型。图纸要求的理论模型只作为最终检验模型，而工序检验模型根据后续加工误差累加对最终检验模型修改得到。通过实例验证，该方法有效地降低了叶片工序检验结论的误判率，保证了工序检验合格及最终检验合格的要求。     

航空发动机叶片精密自适应砂带磨削技术及试验研究

叶片的型面精度和表面完整性直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。由于叶片具有薄壁易变形、材料难加工及砂带磨削柔性接触等特征而难以实现精密磨削,由此提出了一种基于检测—加工一体化的自适应砂带磨削加工方法。首先根据叶片结构特点,设计了边缘磨削工位磨头和圆角磨削工位磨头,分别用于磨削叶片型面及进排气边缘、阻尼台及根部转角等部位;其次基于模型重构的几何误差进行了自适应软件的研制;最后通过双工位集成的七轴联动数控砂带磨削中心进行了叶片磨削试验。试验结果表明,磨削后的叶片表面粗糙度Ra≤0.4μm,加工误差保持在±0.05mm范围内,叶片型面磨削加工周期仅为3.5h,满足叶片加工要求。因此,自适应砂带磨削技术是实现叶片精密磨削加工的有效技术手段。     

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.     

新一代商用航空发动机叶片的先进加工技术

以新材料、新工艺为特色的高性能航空发动机叶片精密高效加工技术,能够极大推进新型大涵道比商用航空发动机的效率提升、寿命延长和可靠性增强。从新型叶片材料的属性、加工方法及加工误差的形成原理等几个方面突破高性能航空发动机叶片精密高效加工的技术难点,是当前航空发动机叶片先进制造技术的重要发展趋势。