五轴加工中刀具非线性误差的优化策略

五轴联动机床是实现复杂曲面高精度、高效率加工的有效工具,在增加两回转轴扩大刀具自由度的同时,也增加了回转轴造成的刀具姿态误差。针对回转轴的非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致低的表面加工精度,如叶轮、叶片等复杂曲面零件会在进出汽边发生过切、欠切现象,提出了一种姿态误差优化策略。首先对回转轴线性插补产生刀具姿态误差进行分析;其次通过投射线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后通过仿真及叶轮试件切削加工,论证了该方法的有效性。     

基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法

针对目前航空发动机叶片进排气边加工精度和表面质量较差的问题,提出了一种基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法。建立刀位优化变量与刀位数据之间的关系方程,同时建立刀位数据与机床回转轴角度之间的运动变换方程,从而推导出刀位优化变量与机床回转轴角度之间的关系方程。通过求解上述方程得到球头刀多轴加工复杂曲面的刀轴矢量计算公式。在此基础上,给出球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法和刀轨生成方法。同时,以某航空发动机叶片为例,分析了本文算法和Sturz算法对机床回转轴角度的影响。分别利用本文算法和Sturz算法生成该叶片进气边加工的刀轨,并在五轴数控机床上进行加工试验。试验结果表明,该算法能够避免加工过程中机床回转轴的大幅波动,使机床轴运动更加平稳和光滑,从而提高曲面的加工质量和加工效率,具有一定的实际应用价值。     

五轴加工中刀具非线性误差的优化策略研究

近年来在机床加工的过程中五轴机床得到了广泛应用,在传统的三轴机床的基础上增加两个回转轴,可以提升加工工作的灵活性与自由度,大幅度提升自由曲面精确度,具有重要的意义。但是,在增加两个回转轴之后,会导致机床运动链的形式非常复杂,很容易在加工期间出现刀具非线性误差问题,主要因为相关的数控系统在使用线性插补形式之后,会在插补期间出现刀轴矢量和回转轴之间的非线性关系,不能确保刀具按照规定的轨线运行,出现误差问题。在此情况下,就应该结合五轴加工过程中的刀具非线性误差问题发生特点,采用有效的措施优化处理,保证各方面工作的高效化实施,提升刀具加工的准确性。     

基于强化学习的航空零件复合材料缠绕机床运动优化方法

大型结构件自动铺缠是航空工业中重要的自动化工艺,这些结构件中存在曲率较大的加工区域,加工过程中产生的剧烈转角变化降低了实际加工速度,增加了加工时间。文中研究了一种针对六轴铺缠机床的优化方法,目的在于保证较大负载转轴运动平稳的前提下,提高加工效率。在刀具路径已经确定的情况下,依据刀具路径和机床运动性能搭建用于强化学习的简单仿真环境,使用PPO策略决策在不同状态下分配转台轴的运动量,进而规划出相应的机床各轴加工轨迹。选用铺缠路径对两种不同分配冗余轴的策略进行比较,验证效果表明,强化学习规划路径能够在保证实际进给速度的前提下有效降低关节的速度波动。     

基于CIMATRON的航空叶片五轴加工技术应用

在CIMATRON软件环境下,以航空叶片为例,利用五轴数控加工机床,完成航空叶片的加工工艺方案,设计了加工路线、铣削方式并生成刀具轨迹路线等工艺参数,并完成航空叶片的仿真加工.结果 表明:经过优化的刀轨路径进行切削,可以提高叶片加工的表面质量,提高了加工效率,上述加工结果对航空叶片加工具有安全、高效的指导意义.     

叶片类零件四坐标高效螺旋数控编程方法研究

研究了多坐标联动机床叶片螺旋加工方法 ,避免了轨迹上横向进刀 ,并按照等加工精度原理计算出合理刀位点。根据切削试验结果 ,对进给速度进行优化 ,保证了实际加工过程中刀具相对于叶片的匀速进给 ,有效地避免了叶片前缘、后缘处刀具啃切。与原有的叶片加工方法相比 ,基本上消除了原有的手工去除余量过程以及昂贵的叶片专用加工机床 ,提高了生产效率 ,降低了生产成本     

刀具姿态误差的优化研究

针对五轴加工中回转轴的非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致低的表面加工精度,如叶轮、叶片等复杂曲面零件会在进出汽边发生过切、欠切现象,提出了一种姿态误差优化策略。首先对回转轴线性插补产生刀具姿态误差进行分析;其次通过投射线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后并通过仿真及叶轮试件切削加工,论证了该方法的有效性。     

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。     

基于广义加工空间概念的机床动态特性分析

针对研究机床在广义加工空间中动态特性的变化规律,提出机床广义模态和广义刚度场的概念.采用有限元法建立三轴龙门机床和四轴立式机床的动力学模型,通过动力学模型修正的方法在整个加工空间进行模态分析和动力响应分析,分别建立广义模态函数和广义刚度场函数.通过对3轴机床广义模态函数分析,得到了机床前5阶固有频率在整个加工空间中的变化规律,可以看出,固有频率在加工过程中变化最大可达25%,广义模态为机床性能的优化提供完整的模态信息.通过对4轴联动机床广义动刚度场函数的分析得出,机床在此频率下的刀具最优姿态,在另一频率下刚度可能就不是最佳,从而为优化机床的加工工艺,提高机床加工精度提供理论支持.     

基于切削负载约束的工艺参数优化技术研究

随着制造业的不断发展，新一代航空发动机对零部件的加工质量、生产效率、生产成本的要求越来越高。工艺参数的选取对加工质量、生产效率、生产成本有很大的影响，对工艺参数进行不断迭代优化成为提升航空发动机制造水平的迫切需求。目前，对工艺参数的优化研究主要采用查找手册结合大量试切的方法进行，这种方法无法保证参数适用于航空发动机零件复杂多变的加工工况，且优化周期长，效率低，难以满足当前零件研制及批生产要求。因此，提出一种基于主轴负载约束的工艺参数优化方法，以航空发动机机匣零件为研究载体，利用主轴负载监控系统提取、分析主轴负载等加工过程数据，进而对参数进行优化，使机床切削负载达到平滑输出。     

多轴数控加工刀具姿态优化及其刚度性能指标分析

在变形叠加基本原理的基础上,对多轴数控机床刚度模型进行了研究,得到了多轴数控加工刀具姿态优化的物理约束条件。在被加工复杂曲面刀具轨迹上,根据多轴机床综合刚度模型计算机床刚度性能指标,并在刀具可达工作空间中优化多轴机床刚度性能指标,以确定对应的刀具姿态。对基于多轴机床刚度模型的刀具姿态优化作了详细的讨论,分析了任务空间的力椭球特性,提出了面向切削加工的多轴机床刚度性能指标,并将其用于指导刀具姿态规划。

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multi-axis NC machine tool;stiffness;tool posture;force ellipsoid     

叶片多轴数控加工方法与关键技术研究进展

从航空发动机涡轮叶片的叶型特点出发,综述了叶片多轴数控加工的方法及技术的发展现状。着重论述了叶片数控加工的几项关键技术：叶片造型、刀具路径规划、刀具轨迹计算、叶片加工变形控制等。     

提高叶片四轴联动加工效率的研究

某型高温合金航空发动机叶片采用四轴联动加工中心完成，大多数四轴联动加工中心的共同特点是A轴旋转速度低。通常情况下，采用UG软件编程并在四轴联动加工中心进行精加工，在叶缘部分的切削进给速度只有叶身部分进给速度的1/3甚至更低，加工效率较低。通过UG后处理程序进行二次开发，设定两点间圆弧对应圆心角与两点间距离的比值为变量，判断刀具铣削的位置，当刀具切削叶前后缘时，自动调整切削速度，在保证叶片表面质量的前提下有效提高叶片的加工速度，该工艺在实际加工生产中取得了良好的效果。     

2MK9025数控螺旋槽工具磨床简介

近年来 ,我厂应广大刀具行业的要求 ,研制开发了 2ＭＫ90 2 5数控螺旋槽工具磨床 ,主要加工硬质合金螺旋刃刀具 ,现已交陕西硬质合金工具公司使用。一、主要用途和特性硬质合金刀具随加工技术的提高应用越来越广泛 ,而国内传统的刀具制作工艺难以满足硬质合金刀具加工的要求 ,2ＭＫ90 2 5数控螺旋槽工具磨床采用平行砂轮干涉原理 ,一次装夹可完成螺旋刃刀具螺旋槽的沟槽磨削加工。图 1　机床采用主轴ＣＮＣ控制 ,其轴分布参见图 1,其中Ｘ、Ａ轴为工作直线 ,回转轴Ｙ、Ｚ为磨槽砂轮移动轴 ,Ｚ’为磨刃砂轮移动轴。机床数控系统采用西班牙发格…     

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。     

基于多体理论的线切割机床钼丝姿态误差分析

锥度线切割机床钼丝(刀具)空间姿态误差对加工工件锥角精度影响很大,且其空间姿态状况主要由U和V轴运动来控制。为了减小空间姿态误差,针对某种大锥度线切割机床,首先以多体理论和空间向量理论为基础,分析控制钼丝(刀具)空间姿态各运动部件关联特征,构建钼丝(刀具)空间姿态精度数学模型。接着运用MATLAB软件分析U和V轴各项误差分量对钼丝姿态误差的影响规律,得出定位误差是影响姿态误差的主要因素。最后通过优化U/V轴结构来提高定位误差精度,进行优化前后对比切割工件试验。试验结果表明:减小定位误差能够有效减小钼丝空间姿态误差,验证了数学模型的正确性。     

基于柔性砂轮的叶片前后缘磨削技术研究

在航空领域中,叶片的前缘和后缘对于发动机的气动性能有着很大影响。为了实现叶片前后缘的高精高效磨削,提出了应用柔性砂轮进行前后缘磨削加工的工艺方法,并进行了可行性的实验验证。在分析叶片前后缘的磨削加工难点的基础上,对柔性砂轮的适用性、基本组成、磨削过程及磨削特点等进行了详细阐述。为了验证柔性砂轮在叶片前后缘磨削加工中的应用效果,采用轻型柔性砂轮对某精锻压气机叶片的前后缘进行了磨削实验,并对磨削后的截线加工误差和加工余量进行了测量。实验结果表明,柔性砂轮磨削的加工方式是可行的,而且加工精度也能够满足要求,因而在叶片前后缘的磨削加工方面具有很大的应用潜力。     

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。     

机床沿曲线高速加工时的运动学与动力学特性分析

详细分析了刀具沿曲线加工时，刀具路径几何特性（位置、切向矢量、曲率）与机床的运动学特性（进给速度、加速度）以及动力学特性（伺服电动机驱动力、切削负载、摩擦力）之间的关系。并采用解析的方法，计算了在各轴加速度和伺服电动机驱动力约束条件下，机床沿曲线加工时的最大安全进给速度。分析结果表明刀具路径几何特性对机床的运动学和动力学特性有很大的影响。     

航空发动机叶片5轴联动铣削加工刀路规划方法

针对航空发动机叶片形状复杂、加工精度高的特点,在ACIS几何平台上采用截平面法进行刀轨规划,变步长法控制加工精度,刀轴矢量自动调整法避免干涉,反变形补偿法控制加工变形,实现了叶片主面及阻尼台无干涉加工,并开发了航空发动机叶片五轴铣削加工计算机辅助软件.与通用CAM软件相比,该软件具有针对性强、操作简单、走刀路径更优化、对阻尼台的加工处理更方便等优势.