基于知识融合的数控加工工艺信息平台研究

结合数控加工工艺信息化系统和在线检测项目的研究开发,以某典型飞机结构件制造过程为例,从其FO、工序说明书、检测工艺文件的自动生成过程到数控加工、检验、生成检测报告,所有的工艺信息全部传递给PDM系统进行管理。通过对整个过程的研究,构建基于知识融合的数控加工工艺信息平台。

石蜡辅助加固钛合金薄壁件加工质量分析

建立了钛合金-石蜡系统静力学模型,从静力学角度研究钛合金薄壁框类零件在瞬态切削力作用下工件的受力特点和变形情况;设计石蜡填充钛合金框类薄壁件铣削试验,对试验过程中的振动加速度信号和已加工表面质量进行分析对比,并研究石蜡辅助加固对钛合金薄壁件加工性能改善的作用机理。研究表明:采用石蜡辅助加固能可显著降低钛合金薄壁件加工让刀变形,提高切削加工稳定性,改善加工表面质量、

飞机结构件数字化数控工艺技术研究

为实现复杂飞机结构件数控加工工艺的快速编制,在现有典型工艺模板基础上,采用专家系统来辅助完成工艺决策,实现CAD/CAPP/CAM的深度集成。引入了制造特征概念,结合专家系统知识,提出了基于知识融合的数控工艺快速决策方法,开发了基于知识融合的快速工艺决策系统和在线检测系统,形成了飞机结构件数字化产品设计、数控程编、仿真验证以及在线检测的协同工作环境。实践表明,制造特征在专家系统中的应用是实现数控工艺的自动化和智能化的有效途径。

基于机构精度通用算法的机器人位姿误差分析

在Denavit-Hartenberg参数法建立的机器人末端位姿变换方程的基础上,利用机构通用精度算法建立了机器人末端位姿误差模型。通过矩阵运算,建立了机器人末端位姿误差与各杆件运动学参数误差之间的函数关系式。在SCARA机器人上的实验表明,用此方法建立的误差模型进行误差标定和补偿,可以提高机器人的定位精度。

基于NC物理仿真的钛合金薄壁件颤振预测研究

针对钛合金薄壁零件在铣削加工过程中存在的切削颤振问题,以多框类零件为对象,建立了基于NC物理仿真的钛合金薄壁零件颤振预测模型,解决了钛合金零件在工艺准备初期即实现颤振的预报。首先通过试验与仿真相结合的方式,获取工艺系统的颤振稳定域,并进行稳定域内参数优化;其次通过建立有限元模型,进行零件模态分析,获取零件加工过程中的动态特性,确定最优刀具路径;最后利用NC物理仿真软件对零件进行切削过程仿真,预测切削过程中颤振是否发生。结果表明,通过此类技术,可直观有效地跟踪加工过程,提高薄壁件加工稳定性。

航空结构件铣削加工表面波纹度特征提取与研究

目的由于航空结构件壁薄、结构复杂和刚度低等原因,在多轴联动铣削加工过程中,其表面容易出现波纹度等加工纹理缺陷。准确提取、评价铣削表面波纹度,为控制和消除结构件铣削表面波纹度提供可视化参考依据。方法提出了一种频谱分析和小波分析相结合的方法。首先对已加工的航空结构件的铣削表面综合形貌进行频谱分析,依据表面形貌划分依据,确定各表面成分有效信息的频率段范围;再采用Daubechies小波分解原表面形貌特征,把含有不同频率成分的信息分解到互不重叠的频率段上;利用Mallat快速算法,计算出各逼近系数和小波系数,并对有效频率段进行重构,以实现表面形貌特征不同频率成分的提取,进而获取表面波纹度的形貌特征信息。结果针对某型航空结构件的铣削表面,采用文中方法提取到的波纹度形貌特征信息与粗糙度轮廓仪测量的结果基本吻合,验证了该方法的正确性。结论对于提取铣削表面波纹度特征信息,采用频谱分析和小波分析相结合的方法是可行且有效的。

基于遗传算法的飞机结构件加工特征排序

针对结构件结构复杂、壁薄易变形、加工精度要求高、特征类型和数量多等特点引起的加工特征排序困难,笔者提出了一种基于遗传算法的飞机结构件加工特征排序方法。首先,该方法通过扩展加工元构建优先权系数矩阵,然后建立符合系数矩阵的初始种群,以机床变换、装夹变换和刀具变换最少为优化目标,最后通过选择、交叉、变异等遗传操作完成加工序列的优化。

基于BP神经网络的数控机床综合误差补偿方法

针对多轴数控机床热影响导致的加工精度衰减问题,结合神经网络自学习与数据拟合能力,提出基于优化BP神经网络的多轴数控机床综合误差补偿方法。针对BP神经网络神经元误差曲面下降缓慢影响收敛效率的问题,引入陡度因子和放大因子,并基于此对数控机床运动轴加工精度进行预测和补偿。将大型A/B双摆角龙门数控铣床各关键发热源的温度检测数据和运动轴误差检测数据作为精度预测模型的输入量和输出量,采用改进后的BP神经网络进行训练,获得温度变化与位移误差量之间的非线性映射关系,并据此修改被加工工件的刀位数据文件,实现数控机床加工精度的提高。模拟算例和实验结果表明,该方法降低了传统BP神经网络的预测误差和运算时间,对机床平均误差补偿率达到50%以上。开发的数控机床误差补偿系统无须对现有机床进行大规模硬件改造,应用简便易于推广。

基于CATIA/CAA的航空整体结构件温度变形补偿

环境温度变化对铝合金整体结构件尺寸误差有较大影响,实现因环境温度变化引起工件变形的有效补偿可显著提高航空整体结构件制造精度。采用热机械分析仪测量铝合金毛坯7050-T7451和2124-T851三个方向热膨胀系数值,建立了环境温度与热膨胀系数、缩放系数之间的数学理论模型,采用零件特征遍历算法,实现了CATIA环境下零件CAD模型的准确尺寸重构,完成了线性变形快速补偿软件开发。

基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型

针对多轴联动数控机床加工精度误差补偿问题,从分析数控机床误差产生机理和建立精度误差补偿模型的角度,提出了基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型。分析了B-A摆头五轴龙门数控机床的拓扑结构关系、低序体阵列、各典型体坐标变换,推导出了B-A摆头五轴龙门数控机床精度几何误差预测函数。采用平动轴十二线法误差参数辨识算法,测量并计算了某B-A摆头五轴数控机床21项空间几何误差,为精度几何误差预测函数提供有效参量。该几何误差参数建模方法,对不同拓扑结构和运动关系的数控机床具有通用性,为后续数控机床误差动态实时补偿并提高切削加工精度提供了理论依据。

基于斜角切削模型的铣削加工稳定性研究

针对零件加工过程中发生的颤振现象,结合大型A/B摆五轴龙门铣床,在斜角切削模型的基础上进行了铣削稳定性的研究。基于斜角切削的工作正交平面和法平面参考坐标系,引入切削力系数的修正形式;将切削刃微元在局部坐标系下进行切向、径向分解,经过坐标变换得到在整体坐标系下的切削分量,通过积分求和得到整个铣刀上的切削力。在此基础上采用完全离散解析法对颤振稳定域叶瓣图进行仿真,仿真结果表明,铣削过程中参数选取与颤振临界切削深度存在非线性关系;随着斜角切削刃倾角的增大,临界切削深度加深,稳定区域变大,铣削加工颤振的稳定性得到改善。

基于多体系统运动学的龙门铣床加工精度预测模型

五轴联动数控加工运动复杂,影响零件加工精度的误差因素很多,综合考虑多种误差因素,分析了各级工艺链系统的综合误差,提出了基于多体系统运动学理论建立工艺系统综合误差模型;在零件加工之前对零件的加工精度进行预测;通过切削试加工验证模型的可靠性。切削试加工实验证实了基于多体系统运动学的数学模型对零件加工精度预测的准确性和有效性,为今后进一步的研究及误差补偿提供了依据。

7050-T7451铝合金铣削加工表面材料特性与本构关系模型的建立

为研究7050-T7451铝合金材料铣削后表面应力应变特征,并建立表面材料本构关系模型,采用SSM-B4000TM型应力应变显微探针测试系统对铝合金7050-T7451材料表面进行自动球压痕(ABI)实验测试,获得载荷-深度曲线,据此估算本构关系模型中应变硬化指数(n)与屈服强度(σy)等未知参数。进而基于有限元建模(FEM)进行压痕过程的有限元仿真分析,研究本构关系模型中参数n与σy的变化对载荷-深度曲线的影响规律,获得仿真载荷-深度曲线与实验曲线误差最小时的参数n与σy应满足的函数关系,验证了基于实验本构关系模型参数的准确性。采用该材料本构关系模型仿真的载荷-深度曲线与实验曲线相比,平均误差为5.2%。

基于小波包和IGA-BP神经网络的滚动轴承故障识别方法

为识别数控机床运行过程中滚动轴承的运行状态,提高滚动轴承的故障状态诊断正确率,提出了一种基于小波包分解的改进遗传算法优化BP神经网络的滚动轴承故障识别方法。以滚动轴承的4种故障状态为研究对象,通过小波包分解振动信号,得到敏感特征向量;针对BP神经网络的缺点,运用改进遗传算法优化BP神经网络的阈值和权值,实现最优训练,建立更精确的滚动轴承IGA-BP状态预测模型。结果表明:IGA-BP预测模型收敛速度更快,预测准确率更高,证明了所提方法的有效性。

飞机结构件数控加工精度控制关键技术

在飞机结构件加工中,大量应用五轴联动数控装备。企业装备的数控机床随着服役年限的日渐增长,普遍存在精度衰减问题,新一代飞机结构件进一步向着整体化、大型化、复杂化、薄壁化、轻量化方向发展,加工过程极易出现尺寸超差,以及因加工工艺不稳定而造成的表面质量缺陷等制造精度问题。加工精度还受到切削载荷、切削稳定性、刀具误差、工件变形、夹具变形等复杂因素的影响,飞机结构件切削工艺的一致性和稳定性差,极易因刀具磨损、破损、切削颤振而引起加工精度问题。国内外学者在数控加工精度控制方面开展了大量基础研究并取得丰硕成果。本文从数控机床误差建模方法、误差补偿方法、加工精度预测与控制、表面粗糙度预测与控制4个方面分别阐述,并结合飞机结构件的特点提出其数控加工精度控制关键技术需求。

融合机床精度与工艺参数的铣削误差预测模型

为弥补现有五轴联动数控铣床加工飞机结构件的加工精度评估系统的不足,提出利用机床精度检测数据和零件特征及其工艺参数来构建评估指标体系,基于BP神经网络建立了飞机结构件加工误差预测模型。通过完成训练的网络权值分布,计算出各输入指标对最后评估结果的影响,并通过实例分析检验了模型的可靠性。结果表明,经BP神经网络模型训练得到的结果和样本零件的三坐标测量机测量数据基本吻合,选取的评价指标具有有效性。该评估模型能够有效地融合机床精度检测数据和零件特征及其加工工艺参数,对飞机结构件的铣削加工误差进行预测。

刀具状态监控技术在数控铣削加工中的应用

在分析刀具状态监控系统关键技术的基础上,结合航空结构件数控铣削加工领域对刀具状态监控系统的研究,分析了ARTIS系统的组成、工作原理和应用方法,介绍了智能刀柄和视觉检测方法的研究进展,给出了各种加工过程刀具状态监控系统的研发建议和应用展望。

基于能量理论的航空整体结构件滚压变形校正载荷预测方法

航空整体结构件在数控加工过程中,由于多种因素耦合作用影响,普遍存在不同程度、不同形式的加工变形问题。滚压校正是实现大长宽比薄壁结构件变形校正的有效手段,且在获得工件尺寸精度的同时,引入压应力,提高工件使用寿命。目前,滚压变形校正多依赖于工人经验和试错法,缺乏校正载荷的准确预测方法,质量稳定性差。为此,基于能量理论,在分析梁类零件校正过程能量平衡要求的基础上,结合等效截面法和弯曲应变能法,分别对变形工件的弯曲应变能和滚压做功进行计算,进而建立工件变形量与校正载荷间的数学模型,实现滚压变形校正载荷预测。进一步,为实现校正载荷准确性的快速评价,采用直接应力法建立了加工变形-滚压校正协同仿真环境,实现了梁类航空整体结构件滚压变形校正的快速等效模拟。最后,以三隔框结构件为例进行了有限元仿真和试验验证,直接应力法仿真分析获得的变形消除率为94.5%,试验获得的单次滚压变形消除率达到82.0%,滚压区域表面由铣削拉应力转变为滚压压应力,校正效果符合预期。

成飞公司民口科技重大专项课题经费的管理与核算

企业是科技转化为生产力的重要平台。企业依据国家产业政策,通过科技创新可以进一步实现产业升级。本文介绍了中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司民口科技重大专项课题经费管理与核算方面的做法。