航空发动机叶片数控智能磨削加工技术研究

现有磨削加工技术已经无法满足发动机的需求,故提出航空发动机叶片数控智能磨削加工技术。应用参数线法规划叶片磨削加工轨迹,以此为基础,提取磨削加工余量,模拟与计算对应数值,适当处理获取的叶片磨削加工轨迹与加工余量数据,推出叶片数控智能磨削算法(数控车床转轴、直线轴与压力轴运动控制模型),以此控制数控车床运动姿态,并通过刀位点偏移补偿叶片的反变形误差,实现了航发叶片的数控智能磨削。实验数据表明:应用该技术后叶片型面加工前后粗糙度变化明显;叶片边缘加工误差保持在标准误差范围内;叶片根部粗糙度得到了大幅降低,充分证实了该技术具有可行性。     

钼钒铸铁汽车覆盖件模具数控高效切削加工稳定性研究

针对汽车覆盖件模具型面特点,进行了球头铣刀高效加工自由曲面铣削方式与切削层参数的研究,获得了被加工曲面曲率和铣削参数对切削层参数的影响规律,提出了控制模具型面切削过程稳定性的方法。结果表明:在汽车覆盖件模具型面粗加工阶段通过选择合理的刀路使被加工表面的曲率连续变化,有助于控制切削过程的稳定性,而在半精加工和精加工阶段通过减小行距能够降低切削层参数的变化幅度,获得较高的模具加工质量。     

基于UG的叶片型面质量评估

通过分析叶片型面测量及误差分析的现状,提出了新的叶片型面质量评估指标。充分利用测量数据得到更全面的叶片型面加工质量分析评估结果,利用基于UG的叶片型面质量评估系统能更为有效地提高叶片型面检测效率和分析质量,对提高叶片加工质量也具有较好的指导意义。     

基于电流信号的电解加工间隙在线检测试验研究

为了实时检测加工间隙,以某型航空发动机涡轮转子叶片为研究对象,把电解加工的电流作为研究参数,针对平面、斜面和叶片型面三种阴极进行试验加工,用最小二乘多变元线性拟合法,分别建立平面、斜面阴极加工电流与加工间隙之间的关系式,用叶片型面加工数据对建立的关系式进行检验和修正,得到最终的修正关系式,分析关系式参数的变换关系,得出在±15%的误差范围内关系式可用于在线检测加工间隙的结论。     

发动机叶片型面轮廓度误差检测及评价

通过激光位移传感器采集叶片型面数据,并根据轮廓度定义,提出叶片型面截面线轮廓度误差、弯曲变形误差和扭转变形误差的检测评价方法。搭建了叶片型面检测装置,并通过该装置对航空发动机压气机四级叶片的型面进行检测评价。结果表明,该检测评定方法可靠有效。     

复杂曲面电解加工阴极空间进给方向优化方法研究

电解加工是航空发动机叶片、整体叶盘等复杂曲面零件的核心制造技术。阴极空间进给方向与阳极型面法线方向之间的θ角大小是影响电解加工精度的重要因素。传统阴极进给方向优化中,通常以θ角方差作为目标函数,在局部区域存在曲率突变的复杂曲面优化时,局部区域θ角仍可能较大,存在一定局限性。为了使全型面θ角最小,提出了以θ角集合最大夹角值为目标函数的优化新方法。以典型复杂曲面叶片为例,采用传统与提出方法分别开展进给方向优化,优化结果表明提出方法获得了合理的θ角分布。开展了两种优化方法的加工比较试验,提出方法试验样件具有更优的型面轮廓精度,证明了优化方法的可行性。     

面向特征库的整体叶轮刀轨规划方法

针对整体叶轮曲面曲率变化大、流道为特殊型腔的特点,提出了一种面向特征的刀轨规划方法。分析了整体叶轮加工型面的特征及加工难点,建立由叶片、流道、进出水边、叶根等不同型面刀轨构成的特征库。设计叶轮加工型面与特征刀轨库间的匹配规则,开发了整体叶轮加工型面特征刀轨规划系统。算例仿真表明,该方法可有效减少叶轮加工曲面的刀路数量,提高整体叶轮自由曲面叶片的加工质量和效率。     

MSA在航发叶片型面参数测量系统上的应用

基于计量型的测量系统分析(MSA)方法,以航空发动机叶片型面参数测量系统为例,选取某叶片的检测数据进行分析,采样前缘厚度(LE THK)数据,对偏倚、线性、重复性和再现性进行深入研究并附带图表加以说明。研究表明:在相同的环境因素和测量方法条件下,现有的测量系统的偏倚和线性可接受,测量仪器符合要求;重复性和再现性可接受,测量人员的操作符合要求;整个测量系统稳定可靠。     

叶片型面在线检测方法研究

叶片是航空发动机的关键零件,确保叶片的型面质量对提高发动机的整机生能和工作效率具有重要作用.对叶片接触式在线检测进行研究,以提高叶片测量的效率和精度,介绍了接触式在线检测的原理及实现,重点讨论了叶片在线检测的关键技术检测点的布置和规划.提出了UV截面法生成待测曲线的新方法,并结合了叶片轮廓加工的特点,试验和仿真表明,该方法可有效的提高叶片测量的效率和精度.     

航空压气机叶片型面测量数据采集系统设计

针对航空压气机叶片型面,以实现测量精度为目标进行了非接触式激光测量数据采集系统的软、硬件设计,并验证了该系统的可行性.     

On the development of airfoil section inspection and analysis technique

In blade inspection, the measurement and analysis of airfoil section parameters and geometric tolerance are very important but complicated. The aim of this study was to apply coordinate measurement techniques to blade sections measurement and to develop methods for the evaluation of dimensions and geometric tolerance. Due to significant variation in the blade shape, especially near the upper sections, the leading edge and the trailing edge, the measurement paths based on the CAD model may lead to incorrect results. Thus, a two-step measurement procedure, including a rough measurement and a fine measurement, along with the calculation of the back-off directions was proposed to improve the measurement accuracy. In blade profiles analysis, several algorithms, including a best-fit algorithm, blade parameters computation and profile and tolerance zone analysis, were used to evaluate section parameters and geometric tolerance. Successful experimental results have demonstrated the feasibility of the proposed method.     

基于椭圆拓扑变换的叶片二维叶型参数化方法

叶型参数化方法服务于叶片设计、制造和再制造全生命周期。针对目前叶型参数化方法难以兼顾造型参数几何含义直观和叶型曲率及曲率导数的连续性问题,提出了一种基于椭圆拓扑变换的二维叶型参数化方法。该方法基于椭圆与叶型曲率分布特征与拓扑结构的一致性,通过构造多个拓扑变换使椭圆变形成二维叶型。在变形过程中,建立了叶型主要几何特征参数与造型参数的一一对应关系且自然地保持了椭圆的高阶连续性。为验证该方法的有效性,对不同几何特征的叶型进行了反演验证。结果表明,与现有方法相比,该方法可用更少的造型参数实现更高的拟合精度;反演叶型曲率及曲率的导数均连续变化;反演叶型和原始叶型气动性能保持很好的一致性;改变单个造型参数可直观地改变叶型几何特征。因此,该参数化方法更易设计出低损失高负荷的叶型,传递的设计意图也更易被制造和再制造环节理解使用,有利于保障叶片的最终服役性能。     

一种曲面特征保持的航空叶片点云精简方法

针对现有点云精简方法在航空薄壁叶片叶缘高曲率特征区域及点云稀疏区域存在取样不足的问题,提出了一种基于重聚类策略的精简方法。通过移动最小二乘法定义点--曲面距离函数,区分高低曲率特征,建立了原始点云和精简点云之间的距离关系,在高曲率区域重聚类,实现叶缘高曲率特征保持;并在重聚类时判断点云疏密程度,对稀疏区域进行重聚类。航空叶片、铸造模具等典型复杂曲面测量点云的精简过程中,该方法相比于均匀采样法、层次聚类法,在高曲率区域可保持较高的几何精度。     

Error prediction and compensation based on interference-free tool paths in blade milling

We propose a method which uses interference-free tool paths to predict and compensate for deformation error during the spiral milling of blades. Firstly, a finite element simulation of the blisk blade milling process was conducted using an interference-free spiral milling NC machining tool path based on the curvature attribute of the blade twisted surface, observing the variation in blade milling error under different processing parameters and yielding a surface quality variation law. Next, the model was corrected by combining this error prediction data with precision design requirements, and a blade deformation error compensation scheme was suggested. Finally, an interference-free processing program containing the error compensation information was applied to carry out another blade milling simulation and a blisk milling experiment. The results showed that both the blade deformation error and the surface quality satisfied design requirements, while the accuracy of the simulation was verified.     

结构光检测点云精简与重构参数自动调节方法

针对薄壁叶片的点云扫描采样会产生特征消失、三角重构会产生孔洞现象的问题,提出一种改进的点云精简以及重构的方法。首先,根据法向量夹角阈值和欧氏距离提取叶片外轮廓;其次,计算点云的平均曲率和高斯曲率,设定阈值对点云划分子集,采用索引空间法对点云数据进行精简;然后,采用贪婪算法针对距离阈值系数和三角形参数对叶片点云进行实验分析,得出没有孔洞的贪婪三角参数经验值;最后对距离阈值系数和点云平均间距拟合出关系式,实现贪婪重构的参数自动调节。实验结果表明,在总体精简率为90%左右时,相较于另外两种方法,标准偏差分别下降了26.45%和19.92%,外轮廓尺寸平均偏差分别下降了79.81%和47.97%。按照提出的方法设置重构参数,重构质量良好,对薄壁叶片实现在机智能加工检测具有良好的应用参考。     

基于MLS的航空叶片中弧线提取方法

航空发动机叶片是高性能航空发动机的核心部件,其几何形状和加工精度对航空发动机的使用性能有很大影响。因其特殊的工作环境和功能要求,一般将其设计加工为变截面、强扭曲、薄壁曲面,其中弧线是表征其几何形状的重要参数之一,如何快速高效地提取叶片截面中弧线参数已成为航空叶片检测中亟待解决的关键问题。为此结合移动最小二乘法(MLS)提取中弧线,该方法首先将叶片二维截面点云进行分段处理,并通过带影响域的移动最小二乘对叶盆、叶背稀疏点进行加密,进而利用等距曲线原理提取航空叶片中弧线参数。同时就中弧线提取算法精度评价和噪声影响进行分析 。     

叶尖定时信号趋势项自适应拟合

叶尖定时测量是航空发动机叶片振动监测关键技术,趋势项拟合作为定时信号预处理中的重要研究内容,是高精度叶片振动参数辨识的基础与前提。在航空发动机连续变工况运行条件下,当前趋势项拟合方法无法自适应调整拟合窗宽度,导致消除趋势项效果差,严重影响后续叶片振动分析。针对变工况条件下定时信号趋势项拟合难题,以相关系数作为趋势项拟合效果评价指标,提出趋势项自适应调节窗宽度拟合方法。采用航空发动机高压压气机叶尖定时试验数据进行验证,结果表明,所提方法由于能够自适应调节拟合窗宽度,可保证趋势项拟合效果最优,在满足有效去除趋势项的前提下能够完全保留原始振动信息,对实现高精度叶片振动参数辨识具有重要意义。     

Reflection conoscopy and micro-ellipsometry of isotropic thin film structures

The conoscopic image of isotropic thin film structures is discussed, and it is shown that, although the specimens may be optically isotropic, the conoscopic images are generally not angularly symmetric. Theoretical expressions for these patterns are derived and from which full ellipsometric data about the specimen are extracted. In addition, a variety of spatial filters which may be inserted into the optical system in order to enhance specific image contrast are recommended.     

叶片型面在线自动测量方法

为了实现叶片型面的在线自动测量,提出了一种基于机器视觉技术和机器人相结合的叶片型面测量方法。通过机器人带动叶片回转,由扫描仪获取不同视角下叶片型面的点云数据,根据旋转拼接原理将点云数据拼接到一起,完成叶片型面的测量。阐述采用机器人进行旋转拼接的原理,提出一种自动标定机器人法兰盘回转轴线的方法,利用该方法可在线完成扫描仪与机器人法兰盘之间位置关系的标定。试验表明,该方法简单有效,拼接后的叶片表面光滑,无分层现象,可实现叶片型面的在线自动测量。