五轴侧铣加工铣削接触区域建模

五轴侧铣加工时,刀具姿态的时变性使得加工过程中的刀具和工件接触区域复杂多变,提取铣削接触区域对研究多轴铣削中的切削力、加工误差和颤振稳定性至关重要,对此提出一种无需提取待加工表面信息的瞬时接触轮廓解析法。使用一系列离散切削微元表示刀具,根据刀具位置和铣削参数获得各切削微元特征点集,并使用样条曲线对其拟合。综合距离和进给方向条件限制筛选出每段切削微元的切入/切出点,同时表示在工件坐标系中获得瞬时接触轮廓。仿真和试验结果表明,最大切入/切出角误差均在3%以内,且计算效率约为实体建模法的9.5倍,证明了本方法的准确性和高效性。

面向数据不完备条件下的飞机结构件工时预测研究

针对数据不完备条件下难以准确快速获取工时的问题,提出一种基于工序属性分类的工时计算方法。首先,按照不同工序对工时变化的贡献程度,将工序分为定额工序与变额工序。对于定额工序,提出一种基于成组技术的定额工时库模板建立方法,以提高现有数据的泛用性;对于变额工序,采用群决策一致理论与灰色关联理论构建理想模型,得到变额工时预测值。验证结果表明,预测工时与实际工时的误差小于10%,证明了该方法的精度与可行性。

基于接触区域的球头刀五轴加工无颤振刀具姿态研究

为解决球头刀五轴铣削过程中接触区域获取困难和难以调整主轴转速实现稳定性铣削的问题,提出一种基于接触区域的姿态稳定性图获取方法。首先,建立了考虑刀具姿态与螺旋角影响的动态切削力模型。通过NX二次开发提取刀具与工件接触区域的初始数据,并采用一种坐标变换法获得不同刀具姿态下的接触区域。然后,使用全离散法构建姿态稳定性图判断了在不同刀具姿态下的铣削稳定性。最后,通过实验案例在五轴加工中心中进行球头刀铣削实验,验证了所提方法的有效性与可行性。现场加工表明,实验结果与预测值吻合良好。

蒙皮镜像加工误差实时补偿优化方法研究

针对传统的飞机蒙皮镜像加工误差补偿方法收敛速度慢,在大进给高速加工中很难完成较好的补偿效果的问题,提出了一种蒙皮镜像加工误差实时补偿优化方法。该方法基于双点弦截法,借助超声波测厚仪前两次获得的蒙皮壁厚与程序切削深度,计算下一点的补偿值,并通过控制镜像铣补偿轴运动实现加工误差补偿,有效的提升了飞机蒙皮镜像铣的补偿效果,减小了加工误差。最后通过有限元仿真和试验证明了该方法的优越性,最大加工误差降低了41.67%,总体加工误差降低了41.96%。

基于等厚未变形切削厚度残余应力预测

机械加工引起的残余应力一直是制造领域关注的重点,表面残余应力状态能反映零部件性能与使用寿命.为更好地了解铣削加工零件表面与次表面残余应力状态,将铣削不等厚未变形切削厚度转换为等厚未变形切削厚度进行微元铣削力建模.通过仿真建立2D等厚未变形切削厚度模型研究切削钛合金时的温度,结合微元力与温度模型对铣削后加工表面残余应力进行预测,并将残余应力预测值、仿真值与实测值进行比较.结果表明,残余应力仿真值与实测值的变化趋势基本一致,通过等厚未变形切削厚度建立的残余应力预测模型能够反映表面应力状态.

非可展直纹面侧铣刀具插补轨迹优化方法

针对圆柱刀侧铣加工非可展直纹面的刀路规划问题,将刀具线性插补轨迹与理论轨迹面之间的几何偏差考虑到刀位优化中。首先从设计曲面的两条引导线偏置并离散成初始刀位,提出网格法构建刀位点处的误差函数,运用动点寻优的方法优化初始刀位的刀轴矢量。在此基础上,构建了插补轨迹面与理论刀具轨迹面之间的几何偏差分布模型,调整刀位点以减小相邻刀位间的几何偏差,在无需增加刀位点的情况下使刀具插补轨迹面逼近理论刀轴面。实验结果表明,优化后的加工曲面误差波动范围减小,最大误差值降低了35.78%。

基于加工余量优化的航空模锻件点云配准算法

为解决航空大型结构件在精密数控加工过程中毛坯加工余量分布不均的问题,提出了基于加工余量优化的模锻件点云配准算法。首先将降噪等预处理之后的毛坯点云数据和CAD设计数模通过四特征点法进行粗配准,然后基于加工面容差约束建立精配准数学模型,采用广义乘子法和奇异值分解法求解模型,同时采用迭代法让毛坯所有匹配点都满足加工面容差约束以及通过数据关联加快配准过程中对应点的搜索速度。点云配准试验结果表明:四特征点粗配准方法与“321”粗配准方法比,标准差和均方根偏差分别减小了5.35%、3.91%;基于加工余量约束优化的精配准方法与经典ICP方法比,标准差和均方根偏差分别减小0.09%、0.15%。因此,提出的点云配准方法在模锻件加工余量优化过程中比传统方法精度更高。

基于特征分离的飞机结构件特征识别技术研究

为了有效识别并分离出飞机结构件的加工特征,论文通过定义飞机结构件的加工特征面,利用CAA二次开发技术,将加工特征定义为加工特征与辅助特征两种类型。利用邻接矩阵面节点间连接弧的凹凸性定义加工特征与辅助特征,并进行分离;将加工特征离散为点云数据,并采用DBSCAN算法对加工特征进行区分,得到单一特征与相交特征点云数据;输入点云数据至DGCNN模型的分类分割网络,实现单一特征的分类与相交特征的分割。开发CATIA应用插件对该方法进行验证,结果表明该方法能够准确识别出结构件中的复杂特征。

镜像铣与化铣对2024铝合金疲劳性能影响试验研究

疲劳失效是机械失效的主要失效形式,以2024铝合金材料为研究对象,分析了镜像铣成形工艺和化铣成形工艺对材料疲劳性能的影响。采用成组试验法开展疲劳性能力学试验,探索2024铝合金在130 MPa、140 MPa和149 MPa应力水平下的疲劳性能。结果表明,镜像铣工艺的总体稳定性优于化铣,抗拉强度方面相当,镜像铣试验件的寿命标准差约为化铣的3倍;在三级应力水平下,镜像铣试验件的中值对数疲劳寿命均优于化铣。通过试验获取了2024铝合金在存活率分别为50%、95%和99.9%下的应力水平与疲劳寿命关系曲线,为定量分析镜像铣和化铣工艺对材料疲劳性能的影响提供了参考。

钛合金侧铣加工残余应力与变形研究

为研究加工残余应力对钛合金薄壁结构变形的影响,利用有限元软件建立2D切削模型,分析每齿进给量与刀具刃口半径对加工表面残余应力的影响。利用切削仿真得到的残余应力对薄壁件进行变形仿真分析;分别以每齿进给量0.06、0.08 mm进行闭腔侧铣试验。结果表明:与实测值相比,仿真表面残余应力误差约为20%、最大变形量误差约为12%。所提方法具有一定的可靠性与可行性。

飞机蒙皮镜像加工变形迭代预测方法

飞机蒙皮尺寸大、壁厚小,易发生加工变形,并且切削力与加工变形之间存在着复杂的耦合关系,普通的无迭代加工变形预测方法难以实现较好的预测效果。针对飞机蒙皮镜像加工变形现象,在建立镜像铣定制刀具切削力模型的基础上,提出一种加工变形迭代预测方法,该方法较好地解决了切削力与加工变形之间的复杂耦合关系问题,并通过仿真和试验证明了该方法的有效性。相对普通无迭代预测方法,该方法预测加工变形量的变化趋势和变化幅值更符合实际蒙皮镜像加工,加工变形仿真预测值与实际加工变形的差值更稳定,预测误差更小,可以更准确有效地预测出蒙皮镜像加工变形量。

基于刀齿轨迹模型的五轴侧铣加工铣削力预测

在五轴侧铣加工过程中刀具的刀轴姿态变化复杂,导致瞬时切屑厚度计算困难。为提高切削力的预测精度,首先通过五轴侧铣几何模型描述了圆柱铣刀的刀齿运动轨迹,在建立微元切削力模型后,提出了一种瞬时切屑厚度的计算方法,计算当前切削刃上切削点到前几个刀齿回转圆柱面的映射距离,并在齐次坐标变换下,将空间中的线面求交计算转换成二维平面的线与圆弧的求交运算,在考虑刀具跳动对圆弧轨迹的影响后,求解方程组获得瞬时切屑厚度值。最后在五轴机床上进行了切削力试验,对比测量的力数据发现,仿真结果无论趋势还是大小都和实测值较好地吻合,验证了所建立的切削力预测模型的有效性。

飞机蒙皮加工工艺发展分析

飞机蒙皮是飞机的重要组成部分,是整机气动的主要部件,对飞机稳定性起着至关重要的作用,其生产工艺随着科技的发展在不断的迭代更新。首先,对飞机蒙皮的制造加工技术做了简要介绍,客观分析各加工技术的优势及劣势:化铣是一种早期的飞机蒙皮加工工艺,它利用化学腐蚀的方法将金属材料腐蚀成所需的形状和厚度;随着数控技术的发展,数铣逐渐成为飞机蒙皮制造的主流工艺;镜像铣是一种先进的数控机床加工技术,可以在蒙皮表面进行高精度的加工。其次,在顺应时代发展,符合现代智能制造、绿色发展的理念下,分析出化学铣削技术和数控加工技术终将被取消替代。镜像铣加工技术解决了化学铣削技术和数控加工技术两者之间不可调和的矛盾,该技术符合现代化可持续发展的理念,至今是加工蒙皮结构件的最理想的方法。最后,做了关于镜像铣加工技术的仿真及现场加工实验,从加工周期、效率和环保方便考虑均优于化铣和数铣加工。随着科技的不断进步,飞机蒙皮生产工艺将继续发展和改进,以满足更高的精度和效率要求。

考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力建模

针对铣削加工过程中工件和刀具接触关系的时变性所导致铣削力预测不精准的问题,提出一种综合考虑工件变形作用下的五轴侧铣铣削力建模方法。首先,基于机械Ⅱ型力学模型,综合考虑剪切力和犁切力作用,建立五轴铣削加工微元铣削力模型;其次,利用欧拉-伯努利梁理论计算工件在任意切削深度下的变形量;进而,更新工件变形量引起的切削深度变化,构建考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力模型;最后,通过试验与模型预测结果对比,得出在考虑变形的情况下,X、Y方向上铣削力的平均峰值误差分别减小了4.42%和0.62%,验证了模型的有效性。