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。     

航空发动机薄壁叶片加工误差补偿迭代学习建模方法

航空航天复杂薄壁件在数控铣削的过程中,由于实际加工结果与理论尺寸的不一致,导致了加工误差的存在,从而降低了零件的精度,进而直接影响其使用性能。针对航空发动机薄壁叶片在加工时产生的以弹性变形为主的综合误差,研究了航空发动机薄壁叶片加工误差补偿迭代学习建模方法。基于弹性变形理论、泰勒展开建立误差补偿模型,根据前次加工后的数据通过学习迭代算法,计算出下一次切削误差补偿量并重构叶片模型,生成新的数控加工程序,最终使加工误差满足公差要求。通过迭代学习算法对补偿模型的计算,可以有效减少补偿次数,提高补偿加工效率。     

基于射流支撑的薄壁件加工变形补偿分析

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,容易产生切削变形被认为是机械加工中的难题。文中对薄壁件加工变形误差的原因进行了分析,并设计了一种以冷却液为介质的脉冲射流作为薄壁件铣削的随动柔性辅助支撑新的加工方法。最后,通过实验验证了脉冲射流支撑薄壁件加工误差补偿方法的有效性和可行性。     

薄壁腹板加工变形规律及其变形控制方案的研究

针对薄壁结构框体零件切削加工中腹板变形问题进行了分析研究。通过建立薄壁腹板铣削加工受力模型、有限元变形分析模型，结合切削试验，得到了薄壁腹板加工变形的基本规律，并据此提出了相应的变形控制工艺措施。结果表明，薄壁腹板加工变形模式与腹板结构尺寸、走刀路径、切削用量等因素的组合有关；大切深法以及分步环切法可以充分利用薄壁零件自身刚性，减小加工变形，提高加工精度，是两种控制薄壁腹板加工变形的有效工艺措施。     

虚拟制造中基于刀具变形的复杂曲面加工误差预报

复杂曲面加工过程中刀具的弹性变形是产生曲面加工误差的重要原始误差。着重研究了虚拟制造环境下基于球面铣刀弹性变形的曲面加工误差预报模型。研究并建立了球面铣刀加工复杂曲面的切削力模型和刀具弹性变形模型,在此基础上,分析了曲面生成机理,提出了利用曲面变形敏感系数建立刀具弹性变形对法向加工误差的影响关系。利用该模型可以在实际切削加工前对曲面加工误差进行预报,用以进行误差补偿或切削参数优化。最后,以二维半圆形拉伸曲面为例通过切削实验对本文提出的模型进行了验证。     

航空薄壁件加工动态特性及控制

薄壁件广泛应用在航空航天领域,然而由于薄壁件刚度较低,加工过程中容易产生振动,因此加工质量很难保证。本文建立薄壁件加工过程的力学模型,并得出刚度是影响其质量的主要原因;针对薄壁件刚度较低的特性,提出一种应用水射流辅助支撑薄壁件切削加工的新型方法,该方法可以有效提高薄壁件的加工刚度,减小薄壁件加工过程中产生的振动变形误差。     

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。     

高精度薄壁开口筒件加工变形控制方案的研究

针对薄壁结构开口筒件切削加工中筒体变形问题进行了分析与研究.通过建立薄壁开口筒件切削加工力学模型、ANSYS有限元变形分析模型,结构切削试验,得到了薄壁开口筒件变形的基本规律,并提出了控制筒件变形相应的工艺措施.结果表明,薄壁开口筒件变形模式与工艺路线、工装、夹紧力位置、切削用量、刀具角度等因素的组合有关;采用合理的工艺路线、工装、夹紧位置可以减小加工变形,提高加工精度,是三种控制薄壁开口筒件加工变形的有效工艺措施.     

基于射流支撑薄壁件镜像加工尺寸误差补偿设计

低刚度薄壁件在切削加工过程中因切削力而容易产生切削变形和切削振动等尺寸误差,对薄壁件产生尺寸误差的影响因素进行分析,并针对薄壁件在切削过程中因受切削力作用而产生尺寸误差,设计了一种应用水射流镜像加工薄壁件的新型加工工艺方法,以此减小薄壁件的尺寸误差。最后,通过实验验证了水射流镜像加工技术可有效的提高薄壁件的加工精度。     

薄壁件加工变形控制快速仿真平台开发

为控制薄壁件装夹变形和加工变形,建立了集装夹优化、加工变形预测、切削参数优化及误差补偿功能为一体的快速仿真平台.在平台实现中,装夹方案的优化采用基于形位公差控制的方法,通过多种装夹方案的比较,确定优化方案.加工变形预测时考虑了前-层变形对后-层切削深度的影响,并使切削力和加工变形达到动态平衡.为获得优化切削参数,建立了以变形控制为目标的优化模型.采用有限元法计算加工变形,采用遗传算法求解优化模型.为解得优化补偿量,仿真时考虑了变形与力的耦合效应.完成了基于ABAQUS的快速仿真平台开发.以镜座零件为例进行仿真,求得了优化的装夹方案和切削参数,验证了平台的可行性.     

航空整体结构件高效高精度加工关键技术研究（下）

（2）薄壁结构件加工变形的预测与控制针对薄壁型结构件产生的局部加工变形问题,武凯等人采用有限元仿真技术研究了薄壁腹板、侧壁加工变形规律及其变形控制方案,指出大切深法以及分步环切法可以充分利用薄壁件自身刚性,减小加工变形,提高加工精度;王志刚等人基于材料始终处于弹性范围的假设,分析了薄壁零件的加工变形,数值模拟时考虑了切削力作用下侧壁的弹性变形,但没有考虑初始残余应力和切削热对变形影响;     

铝合金薄壁件加工变形试验验证及分析

针对不同几何尺寸的典型薄壁件,根据已有的铣削力数学模型,利用ANSYS 10.0进行薄壁件加工误差的理论分析,得出典型薄壁件加工变形的一般规律.在不同切削参数组下,进行实际铣削加工试验,测量其加工变形误差.由此来验证铣削力模型和有限元仿真的有效性.     

薄壁件立铣切削力的有限元模拟与实验研究

薄壁件铣削加工中铣削力是导致加工变形的直接原因,是加工误差的主要影响因素.在考虑刀具变形、工件及刀具材料性能参数的基础上,建立了三维斜角切削力有限元模型,利用有限元分析软件ABAQUS对薄壁件斜角切削过程进行了仿真模拟.其次,针对铣削过程进行了切削力测试,结果表明本文提出的切削力有限元模拟方法具有较高的精度,对切削参数的优化提供了理论依据和便利工具.     

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。     

星载复杂结构钛合金薄壁件超声振动切削研究

为了实现轻量化设计,航天器常采用复杂结构钛合金薄壁件作为承载、连接和定位元件,但是这类零件在切削过程中容易产生刀具磨损和变形,导致加工精度低,难以满足工作要求.基于钛合金薄壁件切削特性研究,采用超声振动金刚石车削方式控制切削力、装夹力引起的加工变形和残余应力,通过在线补偿修正刀具磨损误差;对壁厚(3～5)mm的典型星载钛合金薄壁件进行椭圆形超声振动切削,尺寸精度达到5μm,圆度误差为2.83μm,满足加工精度和稳定性要求.     

基于响应面法的薄壁件铣削参数有限元优化

铝镁合金薄壁结构件在航空工业中广泛应用,但在其加工过程中常因为刚度不足而引起变形。针对上述问题,提出一种基于响应面法的铣削加工参数有限元仿真方法,可有效控制变形及加工质量。对圆柱螺旋立铣刀的铣削加工过程建立刀具平均切削力模型,并将该模型应用于有限元仿真试验。通过对Box-Behnken法设计的四因素三水平试验结果进行分析,探讨了切削速度、切削深度、切削宽度和每齿进给量等4个因素与切削变形的关系。同时,以工程中的典型薄壁结构件为例,优化了该类薄壁结构件的铣削参数,经有限元仿真验证,该优化方法能够有效控制铣削过程的变形。     

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。     

基于刀具磨损的钛合金薄壁件加工变形研究

针对钛合金薄壁结构件切削加工过程中的切削力和刀具磨损进行了实验,得到了切削ZTC4钛合金的切削力和刀具磨损的经验公式。根据该薄壁结构件的实际加工情形建立了有限元分析模型,利用生死单元法、移动载荷技术和刀具磨损量线性叠加方法,模拟得到了该型薄壁件的加工变形规律,最后实际加工了一个零件,利用三坐标测量仪测量得到了零件的实际变形值,通过比对仿真值,进一步验证了有限元模型的准确性。研究结果表明,该有限元模型能够比较准确预测薄壁结构件的加工变形情况,对实际生产具有指导意义。     

GH4738高温合金薄壁弧形零件切削参数优化

复杂特征的薄壁弧形类零件被广泛应用于航空航天工业中,如封严环、涡轮外环等,主要以数铣削加工方法为主,但加工效率低。为获得GH4738高温合金薄壁件的最佳精度和效率的切削参数,以典型薄壁件为试验对象,采用均匀设计实验法,分析切削参数(进给速度v_s、切削速度v_w和切削深度a_p)对残余应力变形量的影响。采用二级逐步回归数学方法建立切削参数与残余应力变形量的预测模型,构建了以加工时间和变形量最小的多目标优化模型。以典型薄壁弧形零件为例,利用粒子群算法优化了切削参数,试验结果表明,使用优化的切削模型加工可以提高加工效率和精度。