薄壁件铣削过程加工变形研究进展

机床加工性能和刀具切削性能的发展使得薄壁件的高效率和高精密加工成为可能，也使得薄壁件在航空航天领域得到更广泛应用。薄壁零件结构复杂、刚度低，在铣削过程中易发生变形，因此精准预测与控制薄壁件的加工变形是机加工领域亟需解决的工艺难题。通过对薄壁件分类以及加工工艺分析，归纳总结引起薄壁件加工变形的因素，对加工变形影响最为关键的铣削力计算模型进行简述；结合国内外薄壁件变形预测与控制方法的研究，以弹塑性和数值模拟方法对薄壁件加工变形进行预测，通过加工工艺优化、辅助支撑技术、高速切削技术和数控补偿技术等方法对薄壁件加工过程的变形量进行控制；基于数据驱动数字孪生体的更新迭代，实现薄壁件实际加工过程的孪生及薄壁件变形预测与控制，构建了以数字孪生为平台的薄壁件加工变形预测与控制理论框架；最后对数字孪生在薄壁件加工变形预测及控制的发展与应用提出展望。     

航空薄壁件铣削加工动力学仿真技术

薄壁件铣削是航空工业中最常见的加工方式。航空薄壁件铣削工艺系统固有的弱刚性特点易引起切削颤振和变形,极大影响加工质量和效率。研究航空薄壁件铣削加工动力学仿真技术,指导工艺、刀具参数优选,对高质高效加工技术具有重要意义。围绕薄壁件铣削加工动力学仿真中的刀具-主轴系统动力学建模、切削瞬时薄壁件动力学建模及铣削过程动力学建模等技术进行介绍。     

基于经验公式的铣削加工切削力建模研究现状与展望

铣削加工技术是加工航空航天中薄壁件及复杂曲面零件的关键技术之一,可以实现复杂曲面零件高精度、高质量及高效率成形。作为铣削加工的重要现象之一,切削力直接影响刀具的磨损、变形,以及工件的加工效率和质量,为了能够更好地利用切削技术,有必要对切削力的预测进行回顾分析研究。作为铣削力预测技术的关键手段,基于经验的铣削力模型被广泛应用。因此,本研究总结分析了当前关于基于经验的切削力预测技术,综述了切削力系数、未变形切屑厚度、刀具跳动和变形对切削力的影响规律,以期对切削加工质量提供有益参考,最后对该领域未来研究的方向进行了思考。     

钛合金动态铣削力预测及其影响因素分析

建立动态铣削力模型,通过TC4-DT铣削试验确定铣削力系数,预测不同切削用量下钛合金瞬时铣削力,并分析了计算结果和影响因素,提出误差补偿方法,为钛合金薄壁件加工变形控制提供了理论基础。     

铝合金薄壁整体构件的高速铣削试验研究

以铝合金雷达波导件的高速铣削加工为例,通过设计专用夹具、选用硬质合金刀具进行顺铣、遵循分面加工原则、优化走刀方式和路线、优化切削参数来控制并且减小变形,可以很好的实现铝合金薄壁整体构件结构件的高速铣削加工,并且加工时间缩减为普通铣削的1/3。     

薄壁件铣削加工动力学研究的现状

加工变形和铣削振动是影响薄壁件加工精度和质量的主要因素,合理的试验方法的设计、动力学模型的建立和仿真非常重要,为了深化研究薄壁件铣削加工的动力学,目前研究内容主要包括:薄壁件铣削动力学的实验方法、铣削动力学模型的建立和薄壁件铣削动力学模型的仿真与优化方法。     

2124铝合金曲边薄壁结构加工变形仿真分析

铝合金结构件在其铣削加工过程中,易发生加工变形和弹性让刀,为了实现铝合金曲边薄壁结构加工让刀变形的预测,提出一种铣削加工过程的仿真分析方法.通过不同参数组合的铣削试验获得切削力回归方程,为仿真试验切削力加载提供依据;利用Python语言对Abaqus软件进行二次开发,结合“单元生死”技术,针对曲边薄壁结构选取三种走刀方式进行铣削加工变形仿真分析;通过铣削试验,验证仿真分析方法的可靠性.结果表明:阶梯对称走刀方式变形量最小,单侧走刀方式变形量远大于另外两种对称走刀方式,随着侧壁高度的降低,差异逐渐减小,至工件底部三种走刀方式的变形量基本相同.     

立式铣刀结构参数分析与加工仿真研究

航空航天领域大量使用的薄壁叶片等复杂曲面零件,多采用立式铣削方法加工制造。增大刀具与工件接触可以提高加工效率,但刀具的结构参数对铣削质量影响较大。建立铣削力学模型,对立式铣削加工进行分析,确定铣削加工过程中的主要影响因素是铣刀螺旋角、铣刀直径和铣刀刃数。采用AdvantEdge FEM软件,以单变量因素进行铣削有限元仿真,分析铣削力、加工形变、应力应变等影响。结果表明:铣刀螺旋角增大,铣刀半径增加,铣刀刃数增加,可有效地改善刀具应力和形变,增强刀具振动的稳定性,提高加工质量。     

滑轨高速铣削加工

针对国产某型号座椅中滑轨零件的加工变形难以控制及提高加工效率的问题,研究了滑轨高速铣削工艺.用高速铣削加工代替龙门刨可确保达到设计要求,并为加工长薄壁零件积累了经验.     

航空薄壁零件加工变形的有限元分析

介绍了有限元法在薄壁件铣削加工中的应用,并运用ANSYS5.4有限元分析软件对典型薄壁框体零件的加工变形进行了分析计算,结果与实际加工情况相符,由此提出一种数控补偿方法来降低让刀误差,从而控制薄壁件的加工精度.     

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...     

聚氨酯泡沫辅助加固钛合金薄壁件铣削性能研究

针对钛合金薄壁件刚度低,加工过程中容易产生振动、让刀等问题,通过采用聚氨酯泡沫辅助加固钛合金薄壁结构件来提高工件刚度,以实现钛合金薄壁件高效稳定切削加工的相关工艺理论和关键技术。设计在相同条件下采用聚氨酯泡沫填充以及未填充钛合金框类薄壁件铣削试验,对工件侧壁铣削振动加速度时域信号、加工表面质量以及让刀变形进行对比分析,并利用MATLAB软件对振动信号进行快速傅里叶变换(FFT)来进行频域对比分析。结果表明采用聚氨酯泡沫辅助加固能够显著提高钛合金薄壁件加工过程中的稳定性,改善工件加工表面质量、减小让刀变形。     

钛合金薄壁件铣削过程有限元仿真分析

钛合金薄壁件铣削过程中,刀具角度对铣削过程中的工件变形、铣削力、铣削振动等影响显著。为减轻刀具磨损延长刀具寿命,通过ABAQUS软件建立钛合金Ti6Al4V薄壁件铣削过程仿真模型,以铣削力和铣削温度为评价指标,采用单因素和正交法分析了刀具前角、后角及螺旋角对铣削力和铣削温度的影响规律,并对铣削力仿真结果进行试验验证。仿真结果表明:前角增大,铣削力减小,铣削温度呈波动趋势变化;后角增大,铣削力减小,铣削温度先减小后增大;螺旋角增大,最大轴向力增大,最大切向力缓慢减小,最大径向力基本不变,铣削温度先减小后增大。通过正交试验和极差分析,明确不同因素对指标影响程度的主次顺序和因素的最优水平组合。     

石蜡辅助加固钛合金薄壁件加工质量分析

建立了钛合金-石蜡系统静力学模型,从静力学角度研究钛合金薄壁框类零件在瞬态切削力作用下工件的受力特点和变形情况;设计石蜡填充钛合金框类薄壁件铣削试验,对试验过程中的振动加速度信号和已加工表面质量进行分析对比,并研究石蜡辅助加固对钛合金薄壁件加工性能改善的作用机理.研究表明:采用石蜡辅助加固能可显著降低钛合金薄壁件加工让刀变形,提高切削加工稳定性,改善加工表面质量.     

航空发动机薄壁件铣削加工动力学研究进展

铣削过程中引起的加工变形和切削振动是影响航空发动机薄壁件加工精度与质量的主要因素,通过分析加工过程中工件的动态响应特性,从切削动力学角度,基于知识型数控加工过程仿真成为航空发动机薄壁件颤振抑制的一种灵活通用的物理仿真方法。目前,关于航空发动机薄壁件的动力学物理仿真研究主要包括航空发动机薄壁件铣削力建模与试验方法研究、铣削动力学建模和铣削动力学模型仿真与工艺参数优化。     

薄壁件多点柔性加工变形的分析和控制研究

针对开发薄壁件多点柔性工装系统的需求,研究薄壁件多点柔性铣削加工中的变形问题,运用有限元软件ABAQUS对零件的实际加工过程进行模拟仿真.多点柔性工装系统采用布局,分析吸盘边距和吸盘真空度对薄壁件加工变形的影响.通过改变A、B、C三组吸盘的真空度建立三因素四水平正交试验,总结出A、B、C三组吸盘分别调整真空度至-0.5bar、-0.8bar、-0.5bar能够获得更小的平均变形量,对多点柔性工装系统控制薄壁件的加工变形方面给出了建议.     

基于粘弹性材料的五轴铣削加工被动抑振技术

针对薄壁件在铣削过程中极易出现颤振,且动力学特性快速变化导致切削稳定性多变的特点,研究基于粘弹性材料的被动阻尼技术,以增加薄壁零件阻尼、提升切削稳定性。提出阻尼层、约束层以及质量层的设计方案,模态试验表明该技术能大幅提升薄壁件阻尼,且对多阶振动模态有抑制作用。最后,将其应用于薄壁S样件的五轴铣削加工试验,多组切削参数下的试验结果表明,工件切削振动幅值最大可下降约97%。     

高速铣削铝合金7055铣削力和铣削温度的仿真研究

采用有限元分析软件AdvantEdge模拟了航空铝合金7055高速铣削过程,获得了单个刀齿高速加工中铣削力变化曲线,预测了不同切削时间下工件及刀具上的温度分布,获得了刀具前刀面和后刀面的温度分布曲线;建立了高速铣削参数对铝合金7055铣削力和铣削温度的影响曲线,可辅助优化切削加工参数,有助于减小切削过程中刀具的磨损,改善刀具切削状态,提高刀具使用寿命.     

数字孪生驱动的薄壁件铣削刀具磨损状态识别方法

薄壁零件由于其本身的弱刚性,铣削过程中极易发生颤振、变形,从而加剧刀具磨损,为提高薄壁零件的铣削加工效率和表面质量,提出了一种数字孪生与支持向量机（SVM）融合驱动的刀具磨损状态识别方法。利用时、频域分析和小波包变换提取特征向量,通过网格搜索与交叉验证（GSCV）的方法进行超参数寻优,结合SVM算法构建薄壁零件铣削刀具磨损状态识别模型。试验结果表明,SVM算法在高维小样本数据的分类识别问题中优势明显,对于不同铣刀磨损状态的识别准确率分别达到96%和90.16%,具有较好的泛化能力。结合机器学习算法构建高保真、轻量化的数字孪生体,并将其嵌入薄壁零件铣削过程监测平台,以解决加工过程中信号实时监测和刀具磨损状态在线识别的问题。     

基于APDL的薄壁件加工变形补偿方法

对如何减小薄壁零件在加工过程中由于弹性变形造成的误差进行了研究,在建立铣削力模型获得各切深下工件所受铣削力数值的基础上,提出了一种基于APDL变形预测的补偿方法。实验证明与直接补偿方法相比,该方法能够较好的解决薄壁件在加工过程中的"让刀"现象,减小加工误差。