航空发动机火焰筒舌片车削加工变形量预测及误差补偿

通过构建槽刀切削力预测模型,针对航空发动机火焰筒舌片因切削力引起的力致变形加工误差问题,提出了一种补偿加工误差的方法。该方法应用有限元法对火焰筒的舌片车削变形(让刀)量进行预测,进而采用曲线拟合方法得到刀具补偿轨迹曲线,利用该曲线进行刀位点轨迹的误差补偿,最终达到提高加工精度、缩短试制周期和降低试制成本的目的。该方法可为其他类似的产品加工变形量预测与误差补偿提供有益的参考和借鉴。     

航空机匣工件车削加工变形量预测及误差补偿

基于车削过程切削力预测模型,采用有限元方法对航空难加工材料薄壁圆筒工件(机匣)的车削变形(让刀)量进行预测,获得了加工变形量与背吃刀量的关系图;进而采用曲线拟合方法,得到了背吃刀量修正函数,利用该修正函数进行刀位点轨迹补偿,可实现提高加工精度、缩短试制周期和降低试制成本的目的。该方法还可应用于其他薄壁圆筒工件的加工变形量预测与误差补偿。     

基于误差补偿的叶片铣削加工过程仿真研究

对发动机叶片在现有夹具定位下的螺旋铣削加工状态进行了研究,建立了基于瞬时铣削力的叶片变形模型,提出了基于加工表面静态误差预测、补偿的离线多层次误差补偿方案,利用有限元模拟技术结合铣削力模型,迭代求解各个刀位点处的弹性让刀变形量,据此修正原始的数控刀具轨迹代码,达到消除加工变形误差的目的;并通过有限元ANSYS仿真,得到实时误差补偿刀位轨迹,通过实验验证补偿方案的正确性和实用性。     

自由轮廓曲面铣削加工的表面尺寸误差补偿

针对自由轮廓曲面铣削加工,提出了一种补偿加工中由于刀具变形引起的表面尺寸误差的方法。通过对铣削过程分析,推断出在稳态铣削过程中,当刀具变形发生时,在垂直于刀轴的平面内,实际的切削载荷对刀具的作用力和刀具对挠曲变形的抗力处于瞬时平衡状态。理想的加工情形是刀具的实际切削位置严格遵循名义刀具轨迹,因此表面尺寸误差补偿的过程可以转化为:以名义刀具轨迹界定刀具的实际径向切深,进而是切削载荷和刀具变形量,在实际刀具轨迹规划中补偿该刀具变形量。加工试验表明该误差补偿方法能有效地降低自由轮廓曲面铣削加工的让刀误差。与现有的误差补偿方法相比,该方法能综合考虑刀具系统的柔性,在实施过程中也无需耗时的迭代计算。     

薄壁零件加工变形分析及控制方案

介绍了有限元在分析薄壁件铣削加工变形中的应用，并提出一种数控补偿方法来减少让刀误差，从而控制薄壁件的加工精度。通过分析和实验建立切削力模型，运用ANSYS有限元分析软件对典型薄壁框体零件的加工变形进行了分析计算，结果与实际加工情况相符。根据有限元分析结果，提出在精加工时，在数控编程时让刀具在原有走刀轨迹中按变形程度附加一个偏摆，补偿因变形而产生的让刀量，可基本消除让刀误差。     

周铣过程中加工误差预测新模型

研究铣削加工过程中加工误差的预测及控制策略是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。针对刀具柔性较大的铣削加工过程,以周铣加工过程中的刀具变形及刀齿轨迹计算为基础,建立一种新的加工误差预测模型。该模型从铣削力的预测和刀具变形的计算出发,采用圆弧近似方法求解各刀齿的运动轨迹,然后将各刀齿轨迹离散,通过计算各离散点处所有刀齿轨迹的最小值获得加工误差。与现有方法相比,该建模方法的显著优点体现在两点:一方面,建模过程较完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理;另一方面,由于考虑了刀齿轨迹对加工误差的影响,模型的预测结果能够反映已加工表面的形貌。模型的有效性通过一系列铣削试验得到了验证。     

基于铣削力精确建模的工件表面让刀误差预测分析

航空航天制造业结构件的高速铣削加工中,在切削力作用下由整体铣削刀具挠度变形所引起的工件表面让刀误差,严重制约零件的加工精度和效率。针对这一问题,通过建立铣削力精确预测模型,结合刀具刚度特点,对工件让刀误差进行预测分析。将切削速度和刀具前角对切削力的影响规律引入二维直角单位切削力预测模型,并通过试验进行相关系数标定。借助等效前角将直角切削力预测系数应用到斜角切削力的预测,通过矢量叠加构建整体刀具三维切削力模型。分析刀具挠度变形对铣削层厚度及铣削接触中心角范围影响规律。基于离散化的刀具模型和切削力模型,建立铣削载荷条件下刀具等效直径悬臂梁模型弯曲变形计算方法。构建以刀具变形对铣削过程影响作用规律为反馈的刚性工件表面让刀误差及切削力柔性预测模型,通过整体铣刀铣削试验验证所建立理论模型的预测精度。     

汽轮机薄壁叶片加工变形预测及误差补偿

针对汽轮机薄壁叶片的加工过程进行简化,建立了叶片加工过程中的切削力模型,在此基础上借助ABAQUS有限元模拟软件对叶片加工变形进行分析,建立了叶片加工变形预测模型。基于反向误差补偿原理,对叶片变形进行了误差补偿。采用NURBS曲线理论对获取补偿后的叶片数据进行优化处理,重构叶片模型。经验证,新构建的叶片模型能够有效减小误差,提高加工质量,为汽轮机薄壁叶片零件提高加工精度及降低变形量提供了一种可参考的误差补偿方法。     

薄壁叶片加工变形误差补偿

为了减少薄壁叶片在加工过程中叶片变形引起的加工误差,提出了一种重构叶片模型补偿加工误差的方法。通过构建端铣刀切削力的数学模型,求解叶片在加工过程中切削力的大小,应用材料力学理论和有限元理论分析加工过程中叶片的变形量,根据镜像对称补偿方法,获取新的叶片截面数据云图。应用NURBS曲线理论,反求出数据云图的NURBS曲线数学模型,通过改变权因子、控制顶点等因素,对新建的叶片数据云图进行优化,求解叶片汽道的光滑截面曲线,实现叶片重构。通过模拟加工验证,原叶片模型的最大加工误差在84μm左右,重构的叶片模型加工误差小于10μm,为提高叶片加工精度奠定了技术基础。     

铣削加工力-位误差的综合建模与补偿

基于铣削加工特点,建立铣削加工过程中的力-位综合误差模型,并基于原点偏移法建立了力-位综合误差在线补偿系统。根据铣削过程中的剪切和犁切机制,建立刀具微元切削力模型,通过积分得到切削力模型。依据变形理论,提出刀具及工件的切削力所致误差模型,并结合机床几何误差模型,利用齐次坐标变换,建立力-位综合误差模型。基于Fanuc数控系统的原点偏置功能开发误差在线补偿系统,实现力-位综合误差的在线补偿。利用立式加工中心对工件进行铣削加工实验,并对无误差补偿、仅补偿机床几何误差、仅补偿切削力所致变形误差、补偿力-位综合误差四种加工方式的加工精度进行对比,结果表明,力-位综合误差补偿的加工精度大大优于各单项误差补偿及无补偿的加工精度。     

V型螺旋槽模具两种超精密加工方法的对比研究

研究了超精密辊筒模具表面V型螺旋槽成型的两种加工方法。模拟了采用仿形法和轨迹法加工的刀位点曲线与刀触点曲线,由刀具路线分别得出仿形法与轨迹法加工的基本时间、表面粗糙度以及精度,并分别对其进行比较。结果得出:在忽略了切入量与切出量后,仿形法所用基本时间为50 min,轨迹法所用基本时间为69 min,仿形法所用加工时间明显小于轨迹法所用加工时间;轨迹法加工表面粗糙度值明显比仿形法加工表面粗糙度值小;在加工精度分析中,以螺纹升角作为误差表征,仿形法加工的螺纹升角为0.024 3°,轨迹法加工的螺纹升角为0.003 52°,轨迹法的加工精度高于仿形法的加工精度。     

复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法

在对等残余高度刀具轨迹规划算法加工参数曲面研究的基础上,提出带有误差补偿值的复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法——高精度刀轨误差补偿算法。通过分析刀触点及与之相应的相邻路径上的粗、精刀位对应点间的关系,引入误差补偿值以提高精对应刀位点的求解精度,得到经过合理简化的误差补偿值表达式,并得出粗、精对应刀位点与理论刀位点的距离误差表达式。高精度刀轨误差补偿算法可以在满足插补运算实时性要求的前提下,使相邻轨迹上与刀触点相对应的刀位点的参数值计算精度得到极大提高,进而提高复杂参数曲面的加工刀具轨迹精度。以使用平底铣刀为例进行仿真加工,结果表明高精度刀轨误差补偿算法适合进行对复杂参数曲面的高精度加工。     

基于有限元仿真的细长导轨加工变形与误差补偿技术

细长导轨是一种典型的航空薄壁件,为解决局部刚度弱而产生的加工变形,提出了以铣削力的施加代替铣削过程模拟的误差补偿技术新方法,可以有效克服对大型工件进行铣削过程模拟的计算量大、求解时间长的问题。首先通过对刀具铣削样件进行Abaqus有限元仿真,获取三坐标方向铣削力并与经验公式对比验证,然后通过Abaqus脚本程序对采样点依次施加铣削力求取加工变形量,通过镜像误差补偿理论获取刀具补偿轨迹。试验表明,仿真计算获得的加工变形曲线与测量获得的加工变形曲线拟合的很好,采用刀具补偿轨迹加工后,工件的加工精度显著提高,变形量减少60%以上。     

面向双刀加工的中长型叶片型面轨迹规划方法

针对中长型叶片加工出现的变形问题,基于切削力抵消的思想,提出叶片整体型面上的双刀纵切加工系统实现方案及轨迹规划方法。根据叶片型面特性和双刀对刀加工需求,建立双刀系统运动自由度分配方案;基于NURBS曲面的理论建立了叶片型面的参数化模型,建立牛鼻刀在空间姿态下加工复杂曲面的切削力计算的解析模型,在此基础上进行了双刀加工的轨迹规划。通过有限元计算对比单刀和双刀加工的变形。结果表明:优化后的路径在保证叶片整体表面质量的前提下能够有效地减小加工变形,整个叶片型面上的变形量平均减少了56.76%,为中长型叶片的高精双刀加工提供了一种实际解决思路。     

低刚度工件加工误差预估及其基于APDL的程序集成

针对低刚度工件因切削力引起的力致变形加工误差问题,依据基于切削原理的进给量-切削力模型和基于结构力学的变形量-切削力模型,建立了加工误差的数学迭代算法。借助有限元商业软件ANSYS的参数化设计语言APDL(ANSYS Parametric Design Language),开发了集误差迭代计算、刀具走刀、材料去除于一体的变形误差动态仿真程序,实现了全过程加工误差计算的自动运算。二维和三维切削算例验证了迭代算法的收敛性和精度,显示了程序集成的有效性。     

薄壁零件切削加工中筋板变形的分析与补偿

研究了薄壁零件加工过程中切削力所导致的筋板变形情况,应用经验公式对加工中的切削力进行计算,通过ABAQUS有限元软件对筋板变形情况进行仿真分析,并采用数控刀路补偿方式对产生的变形进行补偿。     

立式车床横梁Z向综合变形的临床加工工艺

在立式车床右、左垂直刀架走刀过程中,自立柱端沿横梁移动至中央位置时,由于刀架部件的重力作用,横梁产生下挠变形,这一平行于工作台台面方向的弹性变形,称为横梁的Z向变形。横梁在单件加工中,为克服Z向变形引起的刀具位移误差(即加工工件精度误差),通常采用预测变形量的工艺方法,以补偿这一弹性变形的影响。如图1所示为一台大型立式车床,预测一个刀架运行至中央位置时的横梁Z向变形量为0.09mm,则导轨面K应保证加工成为图1中b所示的曲线,其曲线凸起部份为:△T_k=0.09mm。这样,才能保证在     

薄壁件加工变形误差预估及补偿的集成

针对薄壁件数控加工过程中产生的力致变形误差,提出了一种将变形误差预测与误差补偿进行集成的方法。在提出高效的误差计算迭代算法基础上,采用APDL的方式开发了集迭代计算、刀具走刀、材料去除于一体的误差动态仿真程序,实现全过程加工误差的自动计算。借助UG二次开发工具UG/Open开发的应用程序实现了UG和ANSYS之间的数据通信,根据预测变形误差自动修正CAD模型,继而利用UG CAM生成考虑误差补偿因素的加工代码。研究了涉及误差离线预测及补偿的集成方法的多个关键技术。算例表明：误差预测值逼近实验值,精度可靠;集成软件能够自动生成误差补偿的加工代码,实现了误差离线预测和补偿全过程的CAD/CAE/CAM集成,集成程度高。     

数控机床切削力误差研究方法探讨

数控机床的动态综合误差补偿是当前研究的尖端和热门领域。切削力导致的机床运行轨迹误差是机床动态综合误差的重要组成部分;随着强力、高效切削方式的推进和难加工材料的广泛使用,切削力数值增大,尤其对于高、精加工来说,对切削力误差的预防和补偿显得尤为重要。在分析国内外切削力误差研究的基础上,提出了通过分析传动链误差传递/多信号提取等研究方法,从而获得切削过程切削力和机床误差映射规律的方法;为切削力误差动态特性研究和切削力误差的测量和补偿提出了可供参考的研究方向。     

基于误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法

为了减小由于进给系统动态特性造成的多轴联动加工轮廓误差,提出了一种基于轮廓误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法。首先建立了关于轨迹曲率、加工速率及进给系统动态特性参数的轮廓误差模型;然后根据读取的插补数据,利用轮廓误差模型实时预测三轴联动加工过程中的轮廓误差补偿向量并对加工轨迹指令进行补偿;最后通过对圆、变曲率和螺旋线轨迹的MATLAB仿真和机床加工实验,证明该补偿方法将轮廓误差减小了85%以上,可显著提高数控机床加工精度。