航发叶片前后缘数控砂带磨削关键技术研究

为提高航发叶片前后缘加工精度和加工效率,通过对当前航发叶片前后缘磨削加工中存在的问题进行分析,结合当前叶片前后缘加工工艺要求及数控砂带磨床各轴运动控制算法,考虑到磨料粒度、接触力、砂带线速度及进给速度等磨削要素的影响,优化了刀具轨迹,提出了叶片前后缘磨削工艺方法。最后,对某公司生产的航发叶片进行了磨削加工实验,实验结果表明,此磨削加工方法可使得航发叶片前后缘的加工精度和表面粗糙度得到明显的改善。     

叶片进排气边智能磨削检测一体化系统

为了实现对叶片进排气边的高精度、高效率和高一致性的加工与检测,本文在光学扫描测量技术和柔性砂轮自适应磨削技术的基础上,搭建了叶片进排气边智能磨削检测一体化系统。该系统以智能制造的设计理念为核心,包括了在线测量系统、机器人系统、柔性磨削系统和智能制造控制系统等多个子系统。在应用过程中,首先采用光学坐标测量机对叶片进排气边进行快速的数字化测量并建立加工余量模型,然后在磨削专家系统的协调和控制下,利用工业机器人抓取叶片并执行磨削运动和叶片工位传递,最后在柔性砂轮上完成进排气边的自适应磨削加工,从而完成了进排气边的"测量-磨削-测量"的自动化全过程。本文在该系统上进行了叶片进排气边的磨削与检测实验,从而对系统的加工精度及加工方案的可行性进行了验证。实验结果表明,该系统的加工精度和效率能够满足叶片现代化生产的要求,具有很大的现实意义和实际应用价值。     

叶片前后缘百页轮抛光工艺参数优化

为改善叶片前后缘的表面质量、提高航空发动机的性能和寿命,对叶片前后缘百页轮抛光工艺进行研究。通过分析前后缘抛光存在的问题,结合砂带百页轮的抛光加工特点,提出前后缘百页轮柔性抛光工艺方法;基于Preston方程对抛光材料去除率进行分析,获得了影响抛光表面粗糙度的主要工艺参数(百页轮粒度、法向力、主轴转速和进给速度);采用响应面法设计抛光加工实验,分析了主要工艺参数及其交互作用对表面粗糙度的影响,建立了主要工艺参数与表面粗糙度的二阶预测模型,并得到最优工艺参数域和最优抛光工艺参数组合。前后缘百页轮抛光实验检测结果表明:前后缘表面质量明显改善,满足表面粗糙度小于Ra0.4μm的质量要求。     

双导程ZN蜗杆修缘成形磨削研究

双导程ZN蜗杆(又称法向直廓蜗杆)修缘的精密加工需要研究一种成形磨削方法。传统的蜗杆修缘磨削方法是根据加工经验对砂轮进行手工修形,加工效率低且难以实现高精度的齿形修缘磨削。为此,以ZN蜗杆修缘齿形的成形磨削为目标,在蜗杆法平面引入齿形修缘分析,建立ZN蜗杆修缘齿形的数学模型,依据空间啮合原理计算出蜗杆磨削的成形砂轮截形,并利用数控砂轮修整装置修整砂轮。为验证蜗杆修缘的成形磨削效果,选用实际生产中的某一双导程ZN蜗杆,在自主研制的数控砂轮修整系统和工厂的蜗杆磨床上进行试验,经过对成形磨削砂轮计算、修整和蜗杆磨削,结果表明,磨削蜗杆的修缘量满足预期设计要求,蜗杆齿形精度达到6级。表明该方法可用于双导程ZN蜗杆修缘的高精度成形磨削。     

插齿刀凸曲前刀面加工对刀方法研究

插齿刀凸曲前刀面磨削加工中,砂轮的初始位置直接影响插齿刀凸曲面的加工精度及齿形精度。采用对射型激光传感器设计了对刀方案,并设计制造了对刀装置,用于确定插齿刀凸曲面加工时砂轮相对于插齿刀的初始磨削位置。应用对刀装置进行了对刀实验,实验结果验证了对刀方案的可行性。应用加工的插齿刀进行了齿轮插齿实验,齿轮的检测结果表明,所设计的对刀装置能够满足插齿刀凸曲面加工需求。     

免修整柔性金刚石砂轮的磨削性能研究

针对现有超大规模集成电路基板加工中存在的效率低问题,提出一种免除砂带张紧装置,消除砂带横向振动影响,达到柔性砂轮磨削效果的新型砂轮,新型砂结合了砂带磨削加工效率高,发热低的优点及砂轮磨削精度高和设备简单的条件,解决了集成电路基板高效磨削的问题,通过和树脂砂轮的对比实验表明,柔性砂轮对石英基板上仍良好的磨削性能。     

新型砂轮研究进展及其展望

磨削加工技术是制造技术中的重要领域,是实现精密加工、超精密加工中最有效、应用最广的工艺技术。砂轮是磨削加工技术中使用最为广泛的加工工具,但传统砂轮存在磨粒容易脱落、磨削比能高、法向力与切向力之比大、需要定期修锐、加工塑性金属材料时容易堵塞等问题。探讨了砂轮的最新研究进展和研究成果,分析了单层钎焊砂轮、纤维砂轮、开槽砂轮、柔性砂轮、多孔砂轮以及磨粒有序化砂轮等新型砂轮的结构特点和不足,并对砂轮的研究发展进行了展望。     

叶序排布外圆砂轮磨削TC4的磨削力实验研究

为了获得有序化排布超硬磨料砂轮的磨削性能,以及实现磨削难加工材料钛合金的可行性,基于生物学中的叶序排布理论设计一种新型的有序化排布超硬磨料砂轮,即叶序排布砂轮,并利用其和错位排布砂轮及无序排布砂轮对钛合金TC4进行磨削实验,分析了它们的磨削力随着进给速度和磨削深度的变化规律。实验结果表明:在相同的磨削实验条件下,磨粒叶序排布砂轮的磨削力小于错位排布砂轮和无序排布砂轮。     

柱面微透镜阵列的精密磨削

柱面微透镜阵列的加工精度要求高,加工效率低,采用具有微细轮廓结构的成形砂轮进行磨削加工能够极大地提高加工效率。为了预测成形砂轮磨削工件的面形误差和表面粗糙度,建立了成形砂轮磨削仿真模型。通过滤波方法分析和模拟微细结构成形砂轮的磨粒突出高度的偏态分布特征,结合实测的砂轮的轮廓形状和跳动完成了整体的空间砂轮的重构,同时建立了砂轮表面磨粒的磨削运动学模型,模拟出工件磨削加工后的表面形貌。最后,开展磨削实验验证了仿真模型的有效性。对比仿真与实验结果可知,面形误差PV值的偏差为5.78%,Ra值的偏差为17.3%,Rz值的偏差为12.9%。该磨削仿真模型能有效预测磨削表面的面形误差和表面粗糙度。     

机器人柔性磨削机床的恒磨削力补偿机构及其动力学分析

介绍了用于机器人柔性磨削系统的柔性砂带磨削机床,提出了恒磨削力补偿机构。分析了机器人柔性砂带磨削机床转位机构实现在线多工位磨削加工的创新设计和恒磨削力补偿机构的原理。建立了恒磨削力补偿机构的运动学、静力学和动力学数学模型,并对其进行了数值仿真。讨论了机器人柔性砂带磨削机床的结构参数对恒磨削力补偿机构的运动学特性和动力学特性的影响,为机器人柔性砂带磨削机床的机械设计和机器人的轨迹规划提供了理论依据。最后,对具有恒磨削力补偿机构的柔性磨床组成的机器人柔性磨削系统进行叶片加工实验,结果表明其加工精度完全满足复杂曲面的高加工精度要求。     

压气机辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法

针对压气机辊轧叶片前后缘头后续数控加工制造与叶身圆滑转接的要求,提出一种基于夹持态叶片缘头多测绘点的一次配准和制造公差约束的二次配准的辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法,该方法可以更精确地构建辊轧叶片前后缘头圆滑转接计算机辅助设计模型,满足后续数控加工的需求。进行基于实测数据的建模验证,结果表明所提方法可以实现辊轧叶片无余量叶身与缘头区域的高精度圆滑转接。     

对置正交多回转轴机床刀具姿态优化算法的研究

叶轮叶片是航空发动机核心零部件,其加工精度对发动机的性能有重大影响,加工效率制约着加工成本。针对叶片特征前后缘螺旋加工方式刀轴曲率变化过大导致加工过程中机床轴负载不均衡的问题,提出了机床轴负载增量均衡的叶片缘面加工刀具姿态优化模型,采用粒子群算法对刀轴进行优化。以某航空叶片为对象进行了试验验证,分析该叶片特征前后缘处螺旋轨迹刀具姿态优化前后路径,对两种路径采用虚拟等步长分析方法在五轴联动对置正交回转轴机床上进行运动性能分析,获得机床各回转轴的速度和加速度绝对值曲线,结果显示优化后路径能使各回转轴绝对角加速度标准差明显降低。     

曲轴随动磨削砂轮架运动学分析

曲轴随动磨削是一种新型曲轴精加工方法,其中砂轮架运动精度对曲轴的加工精度有很大的影响.为了获取砂轮架的运动规律,首先计算了砂轮架运动的位移及速度函数,然后在AD-AMS中对曲轴随动磨削过程进行了仿真,将得到的砂轮架运动的各项参数曲线和MATLAB中的理论曲线进行对比,验证了砂轮架运动函数的正确性,确定了砂轮架运动的理论位移及速度函数,为实现对砂轮架运动的精确控制奠定了基础.     

插齿刀凸曲前刀面磨削方法研究

针对新构形硬质合金插齿刀凸曲前刀面的构形特点,运用空间曲面族求包络面的运动学方法和理论设计了凸曲前刀面的加工工艺方案,确定了各坐标轴的位置和运动关系,开发了插齿刀凸曲前刀面专用加工设备。针对正弦波形凸曲前刀面求解了数控加工刀位特征点并进行了砂轮加工轨迹拟合,进行了模数为5mm、齿数为21的插齿刀凸曲前刀面磨削实验,实验结果验证了所设计的加工方法及开发的机床能够满足加工要求。对21个齿前刀面进行了变参数磨削,通过对实验结果的检测与分析,得出了相对稳定的表面粗糙度区域所对应的3个砂轮转速及进给量区间。     

钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的磨削力研究

采用钎焊金刚石砂轮对两种硬质合金进行磨削实验,通过测量磨削过程中的磨削水平力和垂直力,对砂轮所受的单位宽度法向力、切向力和力比进行了研究。建立了单颗磨粒磨削力与加工参数间的理论模型,并用实验数据进行验证。理论分析了磨削深度、进给速度对单位宽度磨削力、单颗磨粒磨削力及力比的影响程度。     

钻尖直线刃后刀面的砂轮磨削轨迹算法研究

为了提高钻尖后刀面的加工精度和保证砂轮磨削姿态的灵活性,研究了钻尖直线刃后刀面数控磨削过程中的砂轮轨迹计算方法。定义了钻尖直线刃后刀面的结构参数,建立了钻尖直线刃线及后刀面的数学模型;定义了钻尖直线刃后刀面的坐标系和砂轮基准磨削姿态;在此基础上,采用坐标变换矩阵描述砂轮运动方式,借助运动学原理推导了基于工件坐标系的砂轮磨削位置和姿态的计算方法。该方法保证了钻尖直线刃后刀面的精度,可灵活调整砂轮磨削姿态。基于VC++环境开发了计算程序,并进行仿真加工验证,验证了算法的有效性。     

一种带缘头避让的叶片高效螺旋加工方法

针对航空发动机叶片螺旋铣加工中前后缘处刀位点密集、刀轴矢量变化剧烈而导致的过切等问题,本文提出了一种带缘头避让的叶片高效螺旋加工方法。在叶片螺旋加工中,只有叶盆和叶背曲面参与切削,缘头曲面从螺旋加工过程剥离并对其实施单独处理。为实现螺旋加工中缘头部分的避让,本文利用三次非均匀B样条曲线给出了避让曲线的构造方法。切削实验结果表明,本文方法可有效提高航空发动机叶片的加工效率,并能有效保证缘头处的加工质量。     

五轴磨床加工精密球面的磨削形态及运动分析

为了了解五轴磨床中杯形砂轮用于球面工件磨削的特点,通过坐标变换方法,给出了加工球面时杯形砂轮一点的磨削轨迹方程;基于轨迹方程,分析了磨削形态与加工参数之间的关系,导出螺距公式,提出条纹主带概念;最后进行了运动学分析,并依据杯形砂轮平面磨削实验结果,给出了杯形砂轮的理论磨削力变化曲线.分析表明,杯形砂轮加工球面的磨削形态近似对称,但磨削条件是不对称的.     

金属基柔性砂轮对陶瓷基板的磨削性能研究

提出一种免除砂带辅助装置,消除砂带横向振动及张紧力对磨削精度的影响,满足柔性砂轮磨削性能的金属基柔性砂轮,实验表明：新砂轮达到柔性砂轮的磨削效果,对陶瓷基板具有良好的磨削性能。     

金属结合剂砂轮精密成形磨削T15工具钢零件的实验研究

采用金属结合剂金刚石砂轮对T15工具钢进行成形磨削加工实验,获得了形面精度保持性好的成形磨削砂轮,并用其进行长时间磨削加工,得到了满足形面加工精度要求的加工试件.实验表明,采用电火花修形方法对金属结合剂砂轮进行精密修形,可获得满足成形磨削加工要求的砂轮轮廓;在成形磨削过程中,凹槽侧面磨损率始终最大,而砂轮回转面的磨损最为稳定.