航空复杂壳体深小孔的高效精密加工技术

针对某类复杂壳体深小孔数量多、孔径小、长径比大、精度要求高的特点,在优化设计枪钻切削刃及冷却孔结构的基础上,将枪钻、直槽内冷钻等新型孔加工刀具与加工技术应用到卧式加工中心上,研究开发孔径Φ2~Φ10、长径比20~60深小孔的高效加工方法和加工工艺,优化得到符合要求的最佳切削参数,并建立深小孔高效加工切削参数数据库。实践表明,这一技术将深小孔加工效率提高30%以上,加工质量显著改善,有效解决了深小孔的高效精密加工问题。     

碳纤维复合材料制孔新工艺及实验研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)传统钻削加工容易出现孔口缺陷的问题,本文首先从理论上分析了缺陷产生的机理。在此基础上提出了"以磨代钻、钻磨结合"的CFRP制孔加工新工艺,从加工机理上避免了孔口缺陷的产生。并研制出新型的大孔用电镀CBN钻磨复合刀具和小孔专用砂轮,进行了具体钻磨复合制孔实验。结果表明,此工艺CFRP高精度和高质量的孔加工提供了一条行之有效的加工方法。     

硬质合金小孔镗刀

小孔的精加工,常需采用镗孔来校正孔的母线精度。在高精度小孔车床上,利用硬质合金小孔镗刀,可以加工出精度高、质量好的小孔。鉴于老式的焊片式硬质合金小孔镗刀受结构的限制,不可能做得过小。整体硬质合金镗刀则又受到材质来源(尤其是高耐磨材质毛坯     

缸体均布偏心孔的超精密车削技术

在分析柱塞泵缸体结构特点及均布偏心孔高精度技术要求的基础上,研制了专用金刚石车刀;设计了真空吸附偏心分度工装以保证9孔的位置精度,并采用“三点平衡法”进行工装的静态平衡调整;制订了精镗偏心预孔、双销定位分度、单独找正再超精车的超精密加工工艺方案,完成了偏心孔的高精度超精车削加工,提高了缸体均布偏心孔的加工质量及其一致性。将超精密车削技术应用于铜质柱塞泵缸体偏心盲孔的超精密加工具有一定的创新性。     

旋转调制光纤陀螺惯导寻北精度探索

高精度寻北是旋转调制光纤陀螺惯导实现高精度导航的前提,也是其技术优势的体现。针对当前旋转调制光纤陀螺惯导在快速高精度寻北中遇到的问题,对其寻北精度极限进行了深入研究,梳理出4项最主要的影响因素,对其影响机理、误差模型、量级进行了深入的分析,并通过样机试验进行了验证。结果表明,尽管随机游走系数是制约寻北精度极限的最终因素,但陀螺刻度系数误差、扰动速度、航向效应等误差处理不好,将严重影响旋转调制寻北精度;通过采取措施,高精度光纤陀螺旋转调制惯导5min寻北精度已达到35″(3σ),进一步提高精度的措施正在研究中。     

航空制孔机器人末端执行器高精度制孔方法研究

铆接是飞机装配中的一种重要连接方式,铆接孔的垂直度精度对铆接质量有重要影响.传统的手工制孔存在加工质量低、工作强度大和效率低下等问题,已经不能满足高精度和高质量的飞机装配要求.针对飞机蒙皮铆接孔垂直度精度的自动制孔问题,提出了一种高精度的自动制孔方法.采用四点曲面测量方法获得制孔点法线,并通过双偏心盘调姿机构来实现制孔点法线与钻头轴线的重合,实现了高精度的制孔.在航空制孔机器人上进行了制孔试验,试验结果验证了该方法的正确性和有效性.     

基于电火花-电解复合加工方法的微小孔制造

航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔的制造一直是难点所在。提出了微小孔电火花-电解同步复合加工方法,通过电火花加工和电化学溶解同步进行,实现小孔的高效无重铸层制造。针对电火花-电解复合加工方法进行了试验研究,观测了复合加工过程中的试验现象,研究了加工过程中的电压电流波形和加工产物成分,计算了电化学溶解作用占复合加工材料去除量的比例,分析了工作液电导率对电极损耗的影响,比较了复合加工与纯电火花加工后的微小孔加工质量。试验结果表明,电火花-电解复合加工可以在微小孔制造完成的同时,有效去除孔壁上的重铸层。提出的方法可以为实现航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔的高效无重铸层制造提供新的解决途径,并可用于其他微小群孔类零部件的加工。     

航发涡轮叶片气膜孔的磨削加工实验

针对目前航空发动机涡轮叶片气膜孔加工精度低和重熔层难去除的问题,提出了"电火花打孔、磨削扩孔"的新型气膜孔加工工艺,研制出小孔磨削专用微细CBN砂轮并对电火花气膜孔进行了磨削工艺实验。实验结果表明:经磨削加工后气膜孔圆度降低50.9%,孔径尺寸标准差降低90.7%,表面粗糙度降低65.9%,重熔层被全部去除,证明了航发涡轮叶片气膜孔磨削加工的可行性。     

二次法激光加工小孔技术

为了提高激光加工航空发动机气膜冷却孔质量,介绍了一种采用焦耳级脉冲能量毫秒激光在镍基高温合金上快速加工初始通孔,再采用毫焦耳级脉冲能量纳秒激光扩孔的二次加工小孔方法。通过该方法试图消除毫秒激光加工小孔产生的再铸层以及解决纳秒激光直接加工几乎无再铸层小孔效率低、深度有限的问题,从而实现更高效率加工高质量气膜冷却孔。试验研究结果表明,该方法可以有效去除毫秒激光加工小孔孔壁的再铸层,改善孔壁表面质量,与纳秒激光直接加工小孔比较,在加工1 mm左右深的小孔时可以提高加工效率,但加工2 mm以上深度的小孔时,对提高加工效率的作用不明显。基于试验结果及分析,对二次法加工小孔提出了改进措施。     

多轴数控电火花高速小孔加工技术

分析介绍了电火花高速小孔加工原理和特点,重点叙述了围绕提高航空发动机叶片气膜孔加工质量,对若干关键技术进行攻关提升以及多轴数控电火花高速小孔加工技术和设备在航天、航空等关键制造业的应用情况.     

S形加减速的嵌套式前瞻快速算法

前瞻处理功能是现代数控系统的标志性功能之一,前瞻算法设计直接关系到数控机床的加工效率和运动平稳性。针对目前广泛研究的S形加减速前瞻算法复杂、难以满足实时性要求的问题,从工程实现的角度设计了嵌套式自适应前瞻算法。依据S形加减速曲线的对称性建立了速度规划模型,通过对加速度等效曲线逼近提高了模型求解效率,给出了S形速度规划曲线构造和校验两主要运算阶段的解析解。以连续短直线加工为例,给出了完整的嵌套式快速前瞻算法和实例加工验证。实验结果表明,所提出的算法能获得全局最优运动效率,计算量不足传统方法的30%,结果精确,耗时稳定,能满足现代数控系统甚至是高速高精度数控系统对前瞻处理的实时性要求。给出的解析结果对S形加减速模型的求解有通用意义,可适用于连续短直线、二次曲线以及非均匀有理B样条曲线(NURBS)等参数曲线的S形加减速前瞻速度规划。     

数控机床校准周期的合理确定

从具体实际出发，充分分析影响机床最终加工精度的诸多因素，应用田口方法科学合理地确定数控机床的最佳校准周期，保障机床加工过程的质量控制。     

碳纤维复合材料柱型舱段窗口数控加工方法

使用碳纤维复合材料构件数控高速钻磨机床,对T300/AG80碳纤维复合材料柱型舱段构件方形窗口特征数控加工方法进行了研究.根据结构件材料特性和形状特点,得出了主轴转速6 000～18 000r/min、进给速率5～25 mm/min适用于柱型舱段方形窗口数控加工的优化参数和程序,实现了碳纤维复合材料柱型舱段窗口的数控加...     

用于五坐标加工的样条插补控制器及其在开放式数控系统中的实现(英文)

为满足复杂形体件高速高精数控加工的需要,在自行研制的开放式数控系统中开发了具有曲线插补功能的五坐标机床控制器。介绍了该曲线插补功能的指令格式及数控文件的编制过程。在控制器内部生成的位置矢量插值曲线和方位矢量插值曲线二阶连续,且该两曲线中立于逆机床运动。通过配置相应的运动变换模块,该控制器可适应任意形式五坐标机床。位置样条曲线采用截断的泰勒级数展开式进行实时离散计算。通过建立位置样条曲线参数和方位样条曲线参数的对应关系,使得加工过程中平动轴和旋转轴协调运动。通过实际加工验证了该控制器的性能。     

精密复杂曲面零件多轴数控加工技术研究进展

多轴数控（CNC）加工是现代工业中的标志性加工技术,在能源、动力、国防、运载工具、航空航天等制造领域的关键零部件加工中占据着主导地位。随着这些领域中高端装备性能要求越来越高,涌现出一大批加工难度大、性能指标要求苛刻的精密复杂曲面零件,其加工已由以往单纯的形位精度要求,跃升为形位与性能指标并重的高性能加工要求,给传统的复杂曲面零件数控加工技术带来了严峻挑战。针对精密复杂曲面零件形位精度保证、加工效率提升及动态切削过程可控等关键技术问题,从多轴数控加工的高效加工路径设计、进给率规划以及加工动力学分析等方面,详细论述相关加工技术的研究现状、存在的难点和核心问题,指出可行的解决途径、突破方向和未来的发展趋势,为实现复杂曲面零件的高性能数控加工提供参考和依据。     

角速度可控的五坐标NURBS插补方法实现(英文)

在复杂形体零部件的高速高精数控加工方面,五坐标数控机床起着非常重要的作用。为了适应高速加工的需要,提出了一种用于机床五坐标加工的非均匀有理B样条(NURBS)插补指令。采用该插补指令进行数控加工时,为了获取实时加工过程中的刀位矢量,开放式控制器以相邻刀位矢量间的夹角为参数构造方位B样条曲线。构造映射插补过程中位置曲线弧长和方位矢量角度的多项式曲线,利用该曲线实现线性轴速度及旋转轴速度的同步控制。详细介绍了该插补指令的算法流程及其在开放式控制器中的实现过程。最后,通过加工实例验证了该插补指令的性能。     

整体叶盘铣削数控编程与加工技术

整体叶盘有良好的结构完整性、轻质化、装配环节少、装配精度高等优点,已被广泛应用于航空发动机中。根据整体叶盘的切削加工特征,将其简化为整体叶盘基准件,从数控编程和加工技术两方面实现整体叶盘的高质量加工。首先,利用Hyper MILL软件对整体叶盘基准件进行数控编程,优化获得理想的刀具路径,保证高效高质量的零件加工。然后,利用DMU-70V五轴加工中心对钛合金TC4整体叶盘基准件进行切削加工,在整体叶盘基准件叶片和流道几何特征的精加工时,选用不同型号的立铣刀,并监测加工过程中的切削力。最后,对加工后叶片和流道加工表面形貌进行测试分析,并结合切削力对比分析国产刀具和进口刀具对钛合金整体叶盘的切削加工性能。     

Electrochemical drilling of small holes by regulating in real-time the electrolyte flowrate in multiple channels

Electrochemical drilling(ECD) provides an alternative technique for drilling multiple small holes in difficult-to-machine materials in numerous industrial applications such as for aeroengines. The value and fluctuation of electrolyte flowrate can seriously affect the machining stability and hole quality in ECD. In particular, when drilling multiple holes, the distribution and fluctuations of the electrolyte flowrate in each channel could influence the uniformity of the electrolyte flowrate among...     

Machining fixture for adaptive CNC machining process of near-net-shaped jet engine blade

Low stiffness and positioning problems are difficulties and challenges in the precise machining of near-net-shaped blades. This paper aims to achieve high accuracy in manufacturing by fixture- and deformation-control in the adaptive CNC machining process. Adaptive CNC machining technology is first analyzed, and new fixture-evaluation criteria and methods to evaluate the adaptive CNC machining process fixture design are built. Second, a machining fixture is designed and manufactured after analyzing its positioning scheme, clamping scheme, materials (PEEK-GF30), and structure characteristics. Finally, the designed fixture is analyzed by FEA and experimentally verified by a cutting experiment. The results show that the deformation of the blade is an overall rigid-body displacement, the main deformation of the blade-fixture system occurs on the four clamping heads, and this fixture can effectively protect the blade from local deformation. The proposed clamping-sequence method reliably and effectively controls the local maximum deformation of the blade. The system stiffness is increased by 20 Hz, with each clamping force increased by 200 N. Both high- and low-frequency displacement in roughing milling or finishing milling are acceptable relative to the accuracy demand of blade machining. This fixture and an adaptive CNC machining process can achieve high accuracy in blade manufacturing.     

基于声音信号的冷挤压内螺纹加工状态研究

基于声音信号对冷挤压内螺纹加工状态进行研究,为内螺纹冷挤压成形过程在线监测提供依据。试验分析结果表明:冷挤压内螺纹加工状态不同,成形过程中机床声音信号变化较为剧烈;丝锥处于均匀磨损状态时,机床声音信号频率主要分布在300~1000Hz之间,且主频分布稳定;丝锥处于严重磨损状态时,机床声音信号能量及主频分布变化均较为明显。成形过程机床声音信号能量在初始阶段有一个下降过程,并随之趋向平稳;但随着丝锥磨损量的进一步增大,机床声音信号能量呈现逐渐上升趋势;且随着丝锥磨损的加剧,机床声音信号中高频部分能量占总能量的比例将越来越高。