矩形薄板侧铣加工变形预测与补偿技术研究

针对目前薄壁件加工的高精度要求与铣削加工变形之间的矛盾,基于ABAQUS建立了2Al2铝合金薄壁板侧铣加工变形的有限元预测模型,得到2Al2薄壁板的加工变形曲线,并据此提出一种通过在进给方向上刀心位置偏置和刀具轴向方向偏摆来同时进行补偿的方案.最后,用试验验证了有限元预测变形的可靠性和补偿策略的有效性.     

铝合金航空薄壁件数控铣削加工变形预测与分析

在分析铣削加工中材料的变形机理、薄壁件数控铣削加工变形的基本特点的基础上,建立了集成于专业CAD/CAM/FEA系统的薄壁件数控铣削加工变形预测框架,以典型铝合金航空薄壁件数控铣削加工变形进行了预测与试验验证.     

铝合金薄壁件铣削加工变形有限元分析

提出一种预测汽车主模型检具复杂薄壁件铣削加工变形的方法,将有限元技术应用于薄壁件铣削加工变形的研究中.以简单薄壁件为例,建立有限元模型,预测铣削过程中薄壁件的加工变形,并通过铣削实验对有限元分析结果进行验证,为汽车主模型检具制造工艺的技术改进提供理论依据.     

考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力建模

针对铣削加工过程中工件和刀具接触关系的时变性所导致铣削力预测不精准的问题,提出一种综合考虑工件变形作用下的五轴侧铣铣削力建模方法。首先,基于机械Ⅱ型力学模型,综合考虑剪切力和犁切力作用,建立五轴铣削加工微元铣削力模型;其次,利用欧拉-伯努利梁理论计算工件在任意切削深度下的变形量;进而,更新工件变形量引起的切削深度变化,构建考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力模型;最后,通过试验与模型预测结果对比,得出在考虑变形的情况下,X、Y方向上铣削力的平均峰值误差分别减小了4.42%和0.62%,验证了模型的有效性。     

薄壁件残余应力变形仿真预测与切削参数优化

针对薄壁件铣削残余应力变形难以准确预测的问题,提出了一种仿真预测方法,并在此基础上研究了薄壁件铣削切削参数优化方法。首先,提出了基于工况映射与薄壳应力贴合的残余应力变形仿真预测方法,实验结果表明该方法能够有效预测薄壁件的加工残余应力变形。在此基础上,利用支持向量回归机建立了基于切削参数的残余应力变形响应预测模型;然后,根据所建立的预测模型,采用遗传算法,以残余应力变形为约束、最大加工效率为目标对工艺参数进行优化。结果分析表明,该优化方法获得了最优的加工参数。     

薄壁曲面零件五轴侧铣加工过程几何-力学仿真及变形误差刀路补偿

正五轴侧铣加工因具有极高的加工效率和表面质量,在航空航天复杂零件制造中有着广泛的应用。但由于切削几何的复杂性和加工系统的弱刚性,复杂薄壁件侧铣加工往往容易出现刀具包络面与设计面几何失配引起的刀路偏差和时变强切削力引起的让刀变形误差,导致加工精度难以保证。针对上述问题,本文开展了五轴加工过程的几何-力学集成仿真研究,解决了侧铣刀路误差控制和五轴铣削力精确预报的难题,提出了基于刀位修正的加工让刀变形补偿技术,显著提高了复杂薄壁零件的     

基于有限元数值模型和进给速度优化的薄壁件侧铣变形在线控制

为实现在加工过程中对薄壁件侧铣产生的较大切削变形进行在线控制,提出基于有限元数值模型和进给速度优化的在线控制策略。根据薄壁件切削过程的有限元仿真结果,建立数控机床进给速度、切削力、工件切削变形间的数值模型,进而确定用于控制变形的最优目标切削力。在具有开放式模块化的数控系统平台上开发了切削力信号实时采集、滤波功能和基于Brent-Dekker算法的进给速度在线优化策略,并根据滤波后的切削力及相应算法在加工过程中实时调整机床进给速度,保证切削力逐渐接近最优控制目标而实现切削变形的在线控制。试验结果表明,经过进给速度在线优化后的切削过程可将薄壁件侧铣变形控制在规定范围内,同时提高了切削效率。     

实时振动数据驱动的薄壁件平铣工艺参数自适应优化

为减小加工振动对薄壁件平铣（端面盘铣）加工质量及效率的影响,提出一种实时铣削振动数据驱动的平铣工艺参数自适应优化方法。首先根据再生效应原理建立薄壁件平铣颤振稳定性模型。其次将薄壁件平铣过程中前一个工步内的实测振动数据分为若干段,以此模拟其材料去除过程,对各段铣削振动数据进行分析,由有限元单位力法和优化STD法分别识别出薄壁件刚度和各材料去除阶段模态频率及阻尼比,并由此导出薄壁件单模态频响函数,将其代入颤振稳定性模型求解稳定域叶瓣图并做插值处理后即可确定包含材料去除信息的薄壁件三维颤振稳定域叶瓣图。基于此,以避免铣削颤振、共振和满足机床性能要求为约束条件,以材料去除率最大为目标,利用遗传算法计算薄壁件下一个工步较优的工艺参数,如此循环进行,直到完成薄壁件加工。最后,通过某型飞机垂尾薄壁装配界面平铣试验验证该方法的可行性和有效性。由试验结果可看出,采用优化后的加工工艺参数,能使薄壁装配界面粗加工过程表面粗糙度从Ra 3.2提升为Ra 1.6,加工效率提高33%。     

航空铝合金薄壁件铣削变形预测研究

铝合金比强度较高,广泛应用于航空航天、精密仪器和武器等行业,这些行业的零件多是薄壁件,其刚度较差,加工过程中易产生变形而使加工精度降低。为提高薄壁零件加工精度,需对其加工过程中的变形量精确预测。基于此,以J-C本构方程为基础,考虑材料热力学动态性能和断裂准则对铣削变形的影响,建立薄壁零件铣削变形量预测模型。利用UG软件建立铝合金7050-T7451薄壁特征工件。利用Deform-3D对材料本构模型、切屑分离和切屑断裂等进行描述,形成铣削加工有限元模型,对铣削变形量进行预测。进行薄壁件铣削试验,对比仿真预测结果与实验测量结果,证明了预测模型的可行性。     

基于非参数误差模型的镜像铣同步精度补偿

针对薄壁件镜像铣加工过程中,铣削侧和支撑侧的相对位置和方向误差严重影响工件加工精度的问题,提出一种由误差预测模型和误差补偿策略组成的同步运动精度补偿算法。误差预测过程应用了一种基于形函数的插值算法,能够预测镜像铣工作空间中任意期望位置的相对位置和方向误差。误差补偿过程将铣削侧的刀位作为参考,对支撑侧的刀位进行补偿,然后分别生成数控(NC)代码。经过加工测量实验,补偿后的相对位置和方向精度分别提高了73%和60%,验证了所提算法的有效性。     

薄壁件加工误差补偿建模与学习控制方法

针对薄壁件加工过程中的切削变形问题,提出了加工误差补偿学习控制方法。该方法以弹性变形为基础,建立了加工误差与名义切深的非线性函数关系,并利用补偿思想,构造了薄壁件加工误差补偿通用模型,即下次切削时名义切深的计算方法。在此基础上,利用数学原理和物理方法提出了四种具有不同收敛速度的补偿系数迭代算法。对比分析四种方法的优劣,以及多件单工步零件批量生产的特点,选择初始点割线法搭建误差补偿离散控制系统。该系统利用反馈原理实现了补偿系数的离线学习与加工误差的准确控制。最终以侧铣加工试验验证了该模型的有效性。     

基于B样条的航空薄壁件加工变形预测与控制

针对开发航空薄壁件多点柔性工装系统的需求,研究了航空薄壁件多点柔性数控加工中的变形预测与控制问题。研究了利用有限元分析和Matlab编程建立B样条加工变形数学模型并进行预测的方法及高速铣削切削参数在线优化控制加工变形的原理和方法。研究结果表明:基于B样条曲面数学模型可对加工变形进行预测,切削参数的在线优化能够有效地控制加工变形。研究结果为有效地解决柔性工装的设计和制造提供了必要依据。     

薄壁叶片侧铣变形误差补偿及刀位规划研究

刀位规划中的原理性误差和加工过程中的变形误差,是薄壁叶片侧铣加工时最重要的误差来源。通过变形误差建模分析,将其引入侧铣加工刀具路径优化模型,提出了一种侧铣变形误差补偿及刀位规划的新方法。该方法适用于直纹面和类直纹面薄壁叶片侧铣加工,并能生成综合误差最小的刀具路径轨迹。仿真实例表明,相对于传统的刀位规划-变形补偿策略,该方法计算出的误差更加准确有效,从而提升了侧铣加工刀位规划的效率和可靠性。     

基于Rayleigh-Ritz法的钛合金薄壁件非均匀余量加工变形控制研究

为减小钛合金薄壁件切削加工过程中的变形,提出了一种新型的非均匀余量设计策略。建立了基于Rayleigh-Ritz法的薄壁件铣削加工变形预测数学模型,提出了离散化的余量体积单元设计思路并完成了工件的非均匀余量设计,最后对比分析了不同余量设计策略对薄壁悬臂结构件加工变形的影响。研究结果表明：所提出的基于Rayleigh-Ritz法的离散余量体积单元非均匀余量设计策略对工件自身刚度利用率高,表面加工误差分布一致性好,且对控制最大表面加工误差具有更优的效果。     

薄壁件铣削技术研究

在航空航天工业中,薄壁件数控铣削是一种常见的典型加工。本文以薄壁件铣削加工过程为研究对象,完成了对薄板支架零件的数控加工工艺分析,建立了薄壁件加工变形的力学模型,应用有限元分析软件,建立了薄壁件铣削加工变形的模拟环境,总结了薄壁件铣削加工变形的规律,提出了薄壁件加工变形补偿的方法,并在Pro/E软件中生成了走刀路线。本研究成果为解决薄壁件铣削加工问题提供了一定的参考和依据。     

基于BP神经网络的齿圈装夹变形预测研究

针对薄壁齿圈的装夹变形问题,将Abaqus有限元仿真与BP神经网络技术应用到了齿圈装夹变形预测中。根据齿圈实际加工装夹情况,应用Abaqus有限元分析软件,建立了齿圈装夹变形的仿真模型,开展了齿圈装夹变形的有限元分析研究,建立了齿圈装夹力及其径向最大装夹变形之间的关系;以Abaqus有限元仿真数据作为训练样本和检验样本,借助BP神经网络良好的预测精度和非线性泛化能力,通过MATLAB神经网络工具箱,建立了基于BP神经网络的齿圈装夹变形预测数字化模型;并根据检验样本对模型进行了检验,预测值与仿真值之间的相对误差在0.05%之内。研究结果表明:建立的基于BP神经网络的齿圈装夹变形预测数字化模型是准确有效的,可以为智能化大数据加工制造环境下的齿圈装夹参数优化提供准确有效的数据。     

薄壁零件高速铣削加工变形模型及变形规律研究

针对集中载荷作用下薄壁零件(两邻边固定、两邻边自由的矩形)的变形问题建立静态铣削力模型。利用ANSYS 14.0有限元软件进行仿真加工,研究了铝合金薄壁件在数控铣削过程中切削力不变时,零件在长度和高度方向的变形情况以及不同铣削力对变形的影响。得出薄壁零件在顺铣过程中的变形规律并提出了预防措施。     

基于混合算法的薄壁件铣削加工工艺参数优化

结合神经网络法和遗传算法的优点,提出了一种以倒传递神经网络法为基础的加工工艺参数优化方法,对薄壁件铣削加工工艺参数进行优化。将田口实验所得数据经倒传递神经网络进行训练与测试,来建立薄壁件铣削加工的信噪比预测器,并通过最大化信噪比,将铣削过程变异降至最低,进而找出最佳加工工艺参数组合。通过数值模拟与加工实验,验证了所提方法在薄壁件铣削加工工艺参数优化中的有效性。     

基于灰色关联决策的薄壁铣削变形预测研究

提出一种基于灰色预测的铝合金薄壁件铣削变形量的评价方法,能够同时考虑影响铣削变形量的多种工艺因素变化。为探讨多因素耦合的薄壁铣削工艺参数对薄壁变形量的影响程度及优化预测,利用正交试验采集部分样本数据,采用灰色关联法对薄壁铣削工艺参数进行优势因素分析,利用灰色决策优化工艺试验方案获得最优工艺参数,最后建立了针对铝合金薄壁件铣削工艺参数的灰色多元预测模型,并对该预测模型的预测效果和精度进行分析验证。     

虚拟加工过程薄壁工件铣削变形模型研究

在薄壁工件的切削加工中,工件的受力变形是影响加工过程的一个主要因素,文中针对薄壁工件侧面的立铣加工,建立了不同复杂度的切削过程模型,以仿真工件薄壁在加工中受到切削力发生的变形,虚拟实现受到工件变形影响下的切削过程。通过仿真创成的工件表面形貌与实际切成的工件表面的比较,对文中各模型进行了验证。