基于能量法的大型叶片毛坯曲面重构

针对大型叶片毛坯曲面测量数据的特点 ,提出了一种基于能量法的毛坯曲面重构算法。该算法由 2个主要步骤构成 :基于参数域同构的毛坯曲面拟合、基于加工余量分布均匀的毛坯曲面匹配。实践证明 ,该算法构造的毛坯曲面不仅拟合精度高、光顺性能好 ,而且可以大大简化大型叶片五坐标数控加工中的辅助定位及进给速度优化等问题的计算     

基于能量法的大型叶片毛坯曲面重构

针对大型叶片毛坯曲面测量数据的特点，提出了一种基于能量法的毛坯曲面重构算法。该算法由2个主要步骤构成；基于参数域同构的毛坯曲面拟合，基于加工余量分布均匀的毛坯曲面匹配。实践证明，该算法构造的毛坯曲面不仅拟合精度高、光顺性能好，而且可以大大简化大型叶片五坐标数控加工贵州的辅助定位及进给速度优化等问题的计算。     

大型复杂曲面加工工件定位问题研究

通过建立大型复杂曲面零件定位问题的数学模型，应用遗传算法寻优求解，优化后的毛坯定位姿态保证毛坯各点具有均匀的加工余量，从而实现精确定位。实际运用表明，本方法使复杂曲面类零件定位问题得到了有效解决，具有实用性。     

考虑定向能量沉积工艺特点的减材加工余量优化

针对定向能量沉积(DED)复杂曲面零件余量不均及台阶效应明显等问题,提出了考虑DED复杂曲面成形特点的中面动态配准技术,以优化后处理减材加工余量。首先根据扫描路径构建曲面零件最小外包络的截面线,用于在机检测毛坯点云;然后提取理论模型中面与测量毛坯中面点云,引入不同区域配准精度要求,利用动态加权迭代最近邻点算法实现加工余量优化,并通过两简单案例对算法可行性进行初步验证;最后,以离心叶轮叶片为复杂案例,分析所提余量优化方法的准确性,并与基于遗传算法的多配准精度要求的加工余量优化技术进行对比。结果表明,所提余量优化算法的配准精度及计算效率高,可用于DED制造复杂曲面类零件的余量快速优化。     

基于设计公差约束的螺旋桨配准问题

针对螺旋桨加工过程中叶面和叶背加工余量分布不均匀的问题,提出了一种公差约束条件下螺旋桨毛坯与设计曲面快速配准的方法,用以保证螺旋桨叶面和叶背加工余量均匀。在螺旋桨设计过程中,分析了半径、纵斜、轴向位置和桨叶夹角对设计曲面空间位置的影响,确定了基于设计公差变动范围的螺旋桨形貌变化约束条件。建立了约束条件下螺旋桨曲面配准数学模型,并基于模拟退火算法快速求解得到全局最优解。螺旋桨毛坯曲面与设计曲面的匹配验证结果表明,该算法能实现螺旋桨毛坯曲面和设计曲面的快速匹配。     

叶片零件在线检测测点规划问题研究

针对叶片零件数控加工工艺中的在线检测提出了两种测点规划方法。为了满足毛坯与CAD模型的合理匹配,以适当数量的测点能较好地反映叶片的几何形状及其位置信息为目标,提出叶片零件毛坯在线检测测点的自适应分布方法,并用试验的方法获得测点数目的参考值;为了满足工件加工的质量要求,根据叶片质量检测标准及用户的要求（测点按角度和截面分布）,用参数曲面网格细分搜索方法进行了叶片工件检测的测点规划。     

基于方差最小化原理的三维匹配数学建模与误差分析

三维匹配是复杂曲面零件加工余量分配与轮廓误差评估的基础,现有方法难以克服固有测量缺陷(测点分布不均、密度不均、局部缺失等)对匹配精度的影响。提出一种基于方差最小化原理的三维匹配数学建模与计算方法,可线性求解运动变量,具有二次收敛性;研究方差最小化匹配与传统TDM(Tangent distance minimization)匹配的等效条件,推导匹配参数误差和测点位置误差的定量表示;以叶片机器人磨抛视觉定位、螺旋桨桨叶加工余量分配、曲轴轮廓检测等为例验证所提方法,试验表明方差最小化方法可解决匹配目标函数倾向于满足高密度测点或噪音点平方距离最小化问题。     

高速飞行器薄壁异形零件加工余量的数字化分析与优化

针对高速飞行器中非圆、薄壁异形结构件加工超差、壁厚不均等导致的报废率较高的问题,提出一种以毛坯/零件三维模型匹配对准为核心的工件加工余量数值分析方法。以精密测量技术获取毛坯实例的三维点云模型,建立了毛坯/零件点云的空间匹配对准基本方法,并以包容、对齐、均匀等约束条件进行加强,实现了毛坯/零件的匹配对准及三维加工余量的优化分析。通过运用基准转换原则实现了数值分析中的虚拟基准向零件加工中的实体基准的转换,为数值余量分析结果的加工应用奠定了基础。以某型复杂薄壁异形舱段零件的毛坯件加工为例对研究方法进行了工程验证,结果表明了该方法在工作效率、加工精度等方面的技术优势及其有效性。     

复杂曲面测量数据最佳匹配问题研究

针对复杂曲面类零件加工余量分析过程中的测量数据匹配问题,提出通过初始匹配和精确匹配来实现曲面测量数据的最佳匹配。交互式的初始匹配过程决定后续算法的变量范围,精确匹配确定测量数据与曲面的最佳匹配姿态。精确匹配采用最小二乘法构造评估函数,应用边界约束BFGS方法对问题涉及的曲面匹配变换矩阵的6个未知量进行优化求解。对通过三坐标测量机获取的数据,提出了一种测头半径补偿方案。实验结果表明,该方法与遗传算法相比具有运算速度快和精度高等特点,能较好地解决复杂曲面类零件测量数据的匹配问题。     

基于最短路径的杠杆毛坯尺寸设计

传统毛坯尺寸设计方法中,毛坯尺寸基准与零件图上的基准一致,忽略了工艺过程的差异,使得加工余量误差增大。基于最短尺寸路径原理,以减小毛坯尺寸的累积误差为目标,对平面毛坯尺寸基准的选择原则进行归纳总结。以车床杠杆零件为例,根据工件的组合定位的情况,将多个基准抽象成一个基准向量,进而确定毛坯尺寸基准,最终完成杠杆毛坯尺寸标注。通过对比传统方法和新方法下各加工面的粗加工余量以及加工面与非加工面之间的尺寸误差,得出新方法可以减小加工余量误差,提高了工件加工效率及精度。     

基于功能的毛坯尺寸设计新方法

分析了毛坯尺寸的作用(功能),从使毛坯尺寸及位置误差对零件精度及粗加工余量精度影响最小的角度出发,提出了基于功能的毛坯尺寸基准的选择方法。通过对某箱体零件新旧两种不同基准的毛坯尺寸误差综合对比分析,证明了新方法对提高零件精度和粗加工余量精度有积极的效果。     

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。     

An unconstrained approach to blank localization with allowance assurance for machining complex parts

In machining large complex parts with critical stock allowance, even small deviations in the blank parts or slight inadequacy in the fixturing may result in local shortage of material (i.e., insufficient stock allowance). This paper presents an optimal localization algorithm that aligns the measured points from a blank part with the nominal model to assure the weakest allowance area with as much material to be cut as possible. Instead of exploiting extra constraints to force the allowance at each point larger than a specific value, which is a popular strategy for allowance assurance in the previous localization algorithms, we formulate the blank localization problem as an unconstrained max-min problem. To deal with the unsmoothness exhibiting in the max-min objective function, a method based on the entropy optimization principle is adopted to convert the non-differential objective function to an unconstrained differential one, which can be efficiently solved using the conventional Quasi-Newton algorithms. The unconstrained optimization result finally gives rise to localization with the maximum allowance margin. For the blank parts that the material shortage is inevitable, the method can still efficiently achieve reasonable localization results, which confine the material shortage to a least extent. The proposed method is easy to be implemented and works well for both sparse sample points and dense-scanned points. Case studies included justify the superiority of the proposed scheme over the existing non-linear constrained optimization solutions.     

面向复杂毛坯小余量加工的层次化快速约束配准算法

针对复杂结构毛坯的小余量数控加工中很容易出现局部加工余量不足的问题,基于毛坯表面的点云测量数据,提出了一种层次化快速约束配准算法,从而实现加工余量的优化分配。首先通过建立一个知识向导模型并应用局部微分信息,自动分离出毛坯上需要分配余量的各待加工表面,并分别施加最小余量约束,在确定各待加工表面上参与约束配准优化的初始点集的基础上,采用广义乘子法将初始配准点集与设计数模进行约束匹配;然后采用迭代方法将不满足余量约束的测点追加到当前配准点集中,直到所有待加工表面的测点满足余量约束。实验结果表明,该配准算法在最大程度满足余量约束的前提下,显著提高了点云数据的配准效率。     

复合平面摆动展成电解加工整体构件异形面的成形分析及应用

各类新型航空发动机中大量采用整体结构件,其异形面加工一直是机械制造中的难点。提出整体构件异形面的复合平面摆动展成电解加工方法,用一次进给“电解”达到型面加工要求。分析复合平面摆动展成电解间隙动态过渡过程,进行成形规律分析;以整体涡轮大扭曲叶片型面为研究对象,优化复合摆动展成进给加工轨迹,设计有补液流场的薄片底板与阴极体的组合式阴极,进行复合摆动展成进给电解加工试验,一次进给电解同时去除叶片通道两面余量,达到精加工效果;验证此方法加工变断面整体构件在生产率、精度、成本等方面的技术优势,为复合平面摆动展成电解工艺的拓展应用建立基础条件。     

Electrical discharge machining of electron beam melting formed shrouded blisk

Shrouded blisk components are one of the core parts in aerospace engines. Five-axis or six-axis electrical discharge machining is once regarded as the best solution to manufacturing these components. The machining process, however, is time consuming and money cost. In this paper, an electron beam melting (EBM) and electrical discharge machining (EDM) combined method for shrouded blisks manufacturing was presented. In the new method, EBM was used to generate the near-net forming blank of the shroud blisk, and EDM was responsible for finish machining. The mechanical properties of the EBM formed Ti6Al4V blank was tested to be good enough for shrouded blisks. A visual identification method was proposed to establish the machining reference on the EBM formed blisk blank for the subsequent EDM process. The given example showed the required blade accuracy of ±0.03 mm can be achieved by the visual identification method. Through the combination of EBM and EDM method, the machining time of the shrouded blisk was greatly reduced by 54.8 %.     

薄壁件切削加工变形及补偿技术研究现状

薄壁件在航空航天领域有着广泛应用,由于薄壁件刚度较低,加工余量大,工艺性差,容易发生切削变形,因此被认为是机械加工中的难题。本文介绍了薄壁件的结构特点,分析了薄壁件切削变形的影响因素,表明材料与结构、装夹工艺以及残余应力的释放与重分布等是造成薄壁件变形的主要原因,并总结了目前国内外研究薄壁件变形补偿技术发展状况。     

推力轴承工艺与工装的改进

针对推力轴承加工过程中存在的锻造工艺落后、留量大、精度差、切断宽度大等问题,对锻造工艺进行了改进,由自由锻4件合锻改为碾环锻造8件合锻,减少了加工留量,提高了效率;工件分离由车刀切断改为锯片锯断,减少了切断留量和端面留量,节约了原材料,提高了加工工效,降低了生产成本;对锯床进行了技术改造,并制作了新工装,为工艺改进奠定了基础。