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。     

基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成方法

框、梁、壁板、蒙皮等飞机关键零部件中包含大量型腔特征,其加工效率直接影响零件的整体加工效率。高速铣削机床的发展为此类零件的高效加工奠定了很好的硬件基础,也给型腔铣削刀具轨迹生成带来了新的问题。例如蒙皮镜像铣由于其特殊的设计,对刀具轨迹提出平滑无抬刀、步距变化严格控制在一定范围内等更严苛的要求,从而保证蒙皮高质量加工。结构件高速加工中为了保持刀具的高进给和高转速,也要求刀具轨迹平滑且步距平稳变化。然而现有的型腔铣削刀轨生成方法大多基于局部优化解决加工残余和刀轨不平滑问题,难以生成同时满足多工艺约束尤其是步距约束的刀具轨迹,无法完全发挥高速机床的性能。针对此问题,本文提出基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成及优化方法。该方法首先基于中轴变换提取型腔骨架线,并进一步修正从而生成刀轨偏置基准和初始刀轨。其次利用图像变形算法对初始刀轨进行迭代变形优化,使最终优化刀轨与目标型腔区域吻合,且满足高速加工的工艺约束条件。该方法在离散的图像域内从整体角度优化刀具轨迹,不仅保证轨迹平滑无抬刀,还能保证步距在容许范围内平稳变化。实验证明本文提出的方法在保证轨迹平滑和步距平稳变化等方面的有效性,能够满足高性能加工的要求。     

PH13-8Mo插铣铣削力建模与分析

插铣可降低径向切削力,减小工件变形,降低机床功率消耗,可实现难加工材料高效加工,其应用也越来越广泛。本课题针对沉淀硬化不锈钢PH13-8Mo的切削特点,搭建了切削力测试试验平台,采用正交方法设计了试验,运用多元线性回归方法对试验结果数据进行了拟合,建立了PH13-8Mo的插铣铣削力经验模型,对插铣铣削力随切削参数的变化规律进行了分析,并进行了试验验证,为研究沉淀硬化不锈钢的插铣过程提供了依据。     

机器人原位铣削离散点云快速精简方法研究及应用

为了满足飞机装配机器人原位铣削对数字化高精度快速测量需求,开展了适应三维点云的双边滤波处理和快速精简算法研究,开发了点云快速处理与分析应用软件,实现了空间点云数据的降噪和精简处理,降低滤波对边界特征的损伤,有效保留了复杂构件圆角、筋条、空间曲线边界等关键特征。以典型样件为测试对象,通过与三坐标测量结果对比,验证了本文研究的有效性,软件接口开放性高,实现了与自动化设备的高度集成应用,避免了大量人机交互操作,缩短了数据处理时间,满足了机器人原位铣削的时效性需求。     

基于Copula函数的铣削力、振动与表面粗糙度的相关性分析

探求切削力、振动和表面粗糙度之间的相互关系,对实现表面粗糙度的预测预报具有重要意义。以MQL铣削45钢为试验对象,进行了切削速度v、每齿进给量f_z、切削深度a_p的三因素四水平的64组切削试验,在线测量主切削力、轴向力和径向力及振动,对切削分力数据处理得到相应的平均值、标准差和均方根值,同时离线测量出二维粗糙度R_a、三维粗糙度平均值S_a和均方根值S_q。采用正态分布、指数分布、Gamma分布、Weibull分布和Cauchy分布等函数拟合,根据AIC准则确定出最优分布函数,采用极大似然法估计出未知参数。使用Gaussian Copula、t-Copula、Frank Copula、Gumbel Copula、Clayton Copula等Copula函数拟合铣削力、振动和粗糙度之间相关结构形式,采用AIC准则优选出最优Copula函数,并确定出参量。利用最优Copula函数导出的Kendall秩相关系数τ作为评价指标,分析比较了铣削力、振动与表面粗糙度的整体相关性。采用混合Copula函数对铣削力、振动与表面粗糙度的尾部相关性进行了分析。     

铣削参数对7055-T6铝合金耐腐蚀性的影响

文摘研究了铣削工艺参数对切削力、表面粗糙度、轮廓与形貌、自腐蚀电位和电流密度的影响。结果表明:随着切削速度的增大,切削力与表面粗糙度呈现先增大后减小再增大的变化规律;随着轴向切深的增加,切削力与表面粗糙度都呈增大的趋势;铣削后刀面对已加工表面的挤压改善了铝合金的腐蚀性能;切削转速为4 000 r/min,轴向切深为0.25 mm时,加工表面耐腐蚀性能最优;在较大的轴向切深下,已加工表面易产生微裂纹,而导致腐蚀加剧。     

GFRP铣槽加工铣削力及表面粗糙度研究

铣槽是复合材料较常用的机械加工形式之一。为研究玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)铣槽加工中各加工参数对铣削力和表面粗糙度的影响,开展了以主轴转速、进给速度和轴向切深为因素的正交试验,研究铣削力和表面粗糙度的变化规律。并用Matlab软件对铣削力和表面粗糙度的试验数据进行回归分析,建立了铣削力和粗糙度的经验公式,最后通过试验验证铣削力和表面粗糙度经验公式的正确性。结果表明:轴向切深对铣削力影响最大,其次是主轴转速,进给速度对铣削力影响最小;主轴转速对粗糙度的影响最大,其次是进给速度,轴向切深对粗糙度的影响最小。试验结果与铣削力、表面粗糙度经验公式算得的数值对比,误差范围都在20%以内。     

通过铣削力或铣削扭矩监测铣刀破损的研究

为了通过铣削力或铣削扭矩波形的不均匀程度来识别铣刀是否发生破损,提出了两类识别方法。一类是计算齿周期峰值变化率;一类是计算相对最大切削厚度的偏心率。两类算法均简单、可靠,可用于各种铣削加工过程的铣刀破损监测。     

TC4钛合金纵弯超声振动铣削装置及其加工性能研究

TC4钛合金因其优异的综合机械性能在航空、航天工业中得到了广泛应用,但其高塑性和低导热系数引起的刀具–切屑黏附是制约其铣削加工性能提升的一个关键因素.针对TC4钛合金铣削加工性能提升的需求,提出了一种基于刀具纵弯复合超声振动辅助铣削的加工方式,通过控制刀具纵弯复合超声振动的幅值和相位实现可控的间歇式切削,降低刀具–切屑...     

大切深数控电解铣削加工阴极设计及试验研究

难加工材料整体叶轮广泛应用于航空领域,采用传统切削加工存在刀具磨损快、加工效率低等问题。本文针对某型号复杂整体叶轮,提出大切深五轴数控电解铣削预加工方法。通过设计锥形螺旋刃阴极,分析不同旋转角下单、双螺旋刃出口流场分布,得到旋转角720°的单螺旋刃阴极出口压力和流速分布均匀。同时开展大切深数控电解铣削加工试验,结果表明:在选取的工艺参数范围内,加工平衡间隙和进给速度随着加工电压升高而增大;较低的电解液温度有利于实现小间隙加工,可显著提高加工精度;主轴转速达到1 500 r/min后对加工速度影响较小。得到大切深数控电解铣削整体叶轮加工叶片,一次最大切深可达65 mm,余量误差控制在0.5 mm范围之内,提高了整体叶轮加工效率。