基于响应曲面法的NOMEX蜂窝芯超声复合铣削力预测模型构建

铣削力是NOMEX蜂窝芯加工中主要的物理量,铣削力不仅影响加工质量,还影响蜂窝的固持状态。由于蜂窝芯材料的力学性能及切削性能不同于常用的金属材料,现有的金属切削力公式无法适用于超声复合铣削蜂窝切削力的计算。针对此问题,开展了NOMEX蜂窝材料超声复合切削实验,采用中心复合响应曲面法,建立了超声复合铣削NOMEX蜂窝材料的三方向铣削力预测模型,并将模型计算出来的数据与实验数据对比,验证了预测模型的有效性。基于该模型,研究了各个因素对铣削力的作用规律及各个因素之间的交互作用。结果表明:该模型可以有效预测超声复合铣削蜂窝材料过程中的铣削力;铣削宽度对铣削力影响最显著,其次进走刀速度,切削深度对切削力影响最小,交互项对铣削力也影响显著;铣削力随走刀速度、铣削深度和铣削宽度增加而增大。     

高温合金蜂窝芯高速铣削材料去除机理与损伤行为

高温合金蜂窝芯材料具有高比刚度、轻质和能量吸收特性好等优异性能,被视为下一代高超声速飞行器热防护结构极具潜力的材料。高速铣削是高温合金蜂窝芯零件成型过程中重要的减材制造工艺,在蜂窝芯材料高速铣削时,蜂窝芯材料面内刚度低且高温合金塑性好,较小的切削力就会使蜂窝壁产生较大的塑性变形,导致蜂窝芯加工精度较低、加工损伤难以控制,对后续焊接、装配等工序产生不利影响。基于有限元仿真对蜂窝壁切削材料去除机理进行了深入研究,探索了铣削参数、刀具类型和铣削方式对铣削过程中铣削力和加工损伤的影响。研究结果表明,蜂窝壁切入角是影响蜂窝芯材料切削加工过程中瞬时应力分布和成屑机理的关键性因素。得到了铣削参数、刀具类型和铣削方式对高温合金蜂窝芯加工过程中加工损伤的影响规律。对于铣削参数,过大的进给量会导致芯格变形等加工损伤,降低切削速度会提高微小毛刺等加工损伤发生的频率;本文采用的三种刀具的对比结果表明,立式铣刀加工质量最好。插铣方式会产生明显的轴向冲击,而侧铣方式可以有效避免轴向冲击。研究成果为高温合金蜂窝芯低损伤高性能加工提供了理论依据和工艺技术储备。     

纸基蜂窝芯零件高速铣削固持系统设计

为了提高纸基蜂窝芯零件高速铣削时的加工精度，降低加工成本，提出了两种基于磁场和摩擦吸附固持原理固持平台的设计方案，即采用电磁装置激发磁场和采用永磁材料激发磁场，并进行了加工制造。通过理论分析和计算确定了在给定铣削力的条件下，可靠固持蜂窝芯材料所必需的磁感应强度。利用有限元软件分析了磁极高度、厚度以及磁极间距等结构参数对磁感应强度的影响。利用制造的两套固持平台进行了铣削试验，得到了满意的固持效果。     

蜂窝材料冰结加工技术试验研究

蜂窝材料属于难加工材料,其加工方法和固持方法对加工质量有着重要影响。本文介绍了蜂窝芯的结构性能特点,阐述了装夹蜂窝芯的方法。试验采用硬质合金圆刀片组合铣刀对冰结夹持条件下的铝基蜂窝材料进行高速铣削,分析了切削参数对切削力和切削温度的影响规律以及加工缺陷的形成原因,验证了冰结法对蜂窝材料的固持效果。试验结果表明:蜂窝芯表面质量有较大提高,有效抑制了加工缺陷;获得了切削参数对切削力和切削温度的影响规律。该方法提高了蜂窝芯强度,改善了断屑方式,并为低温加工为面内强度小、刚度弱的薄壁金属基蜂窝芯高效加工提供了新方法。     

蜂窝芯工件高速铣削自动化固持系统设计

基于强磁场和摩擦学原理的固持方法具有方便、绿色的特点,可用于纸基蜂窝芯工件高速铣削时可靠固持。首先提出磁场的控制方式,并设计磁性平台结构;针对蜂窝芯原始制作弯曲问题,提出弹簧预压紧方法,并对压紧传动方式进行分析和设计;解决铁粉填充传动和均匀填料问题。在此基础上,集成整套固持系统,采用经济实用的开环控制系统,并开发数控软件以实现系统的自动化控制。     

薄壁零件高速铣削实验

通过高速铣削单因素实验，研究高速铣削参数对工件表面质量和铣削力变化的影响规律，优化薄壁零件高速铣削参数。在此基础上进行了薄壁零件的高速铣削实验，结果表明，采用优化后的高速铣削参数加工薄壁零件，能够有效地提高薄壁零件的加工精度和加工效率。     

纸基蜂窝芯材料磁场和摩擦吸附固持加工中铁粉填充优化方法的研究

针对纸基蜂窝芯材料磁场和摩擦吸附固持加工方法中铁粉填充效率较低的问题，提出一种优化的铁粉填充方法。利用有限元分析软件对蜂窝芯材料的力学性能进行分析计算，确定出正六边形区域划分边界的最大外接圆以及边界处的节点反力；通过实验测定铁粉填充孔格数、铁粉填充高度与摩擦力的关系；根据实验结果确定铁粉填充高度和填充孔格数。采用优化的铁粉填充方法可以减少70％的铁粉填充量，提高铁粉的填充效率。     

基于遗传算法的铣削参数优化

依据高速铣削表面粗糙度预测模型,建立了以提高加工效率为目标的优化模型,运用遗传算法对铣削参数进行了优化计算,得到了不同表面粗糙度要求下较优的铣削参数组合方案。应用优化的参数进行加工,表面加工质量得到了保证,同时效率也有所提高。     

基于近似模型的铣削工艺参数可靠性设计优化

针对现有铣削工艺参数优化方法未考虑设计参数不确定性,导致优化结果难以满足实际产品性能要求的问题,引入近似模型对铣削工艺参数进行可靠性设计优化。以铣削加工表面粗糙度为目标函数,以最大铣削力小于给定值的可靠度作为约束,综合考虑铣削加工过程中铣削速度和每齿进给量的变动,建立了铣削工艺参数可靠性优化模型,并分别采用Kriging近似和径向基函数近似对铣削表面粗糙度、铣削力与设计变量之间的隐式关系进行近似替代,最后采用Monte Carlo仿真-序列近似规划对模型进行了寻优求解,通过试验对可靠性优化的结果进行了验证。结果表明,该方法可有效地降低铣削加工表面粗糙度,并且可保证加工过程中最大铣削力的可靠度要求。     

基于回归遗传算法的高速铣削工艺参数优化

针对高速铣削加工中心效率低、经济性不高的特点,利用正交试验建立了表面粗糙度和铣削力的预测模型,并利用遗传算法优化高速铣削工艺参数,通过验证试验表明,优化后的工艺参数在实际生产中,加工效率、加工质量都有了很大提高.     

纸基蜂窝零件数控加工装夹系统中填料方法的研究

提出一种基于摩擦吸附原理的装夹定位方法。介绍了装夹定位方法以及填料装置设计、填料高度控制等内容。以某型号飞机方向舵蜂窝零件为例，研究了安全填料高度的计算方法。实践表明，采用该装夹定位方法，可以有效地提高蜂窝零件的加工精度和加工效率。     

Optimization of cryogenic milling parameters for aluminum honeycomb treated by ice fixation method

This paper presents the first comprehensive investigation that aluminum honeycomb has inevitable machining defect in milling process, such as deformation, burr, and collapse. Ice fixation method was used to clamp workpieces, and inner-injection liquid nitrogen was employed for a series of cryogenic milling machining. In the machining process, the main machining parameters including in honeycomb orientation, milling width, cutting depth, cutting speed, and feed were executed experimental research. Meanwhile, the machining parameter optimization, range, and significant analysis were adopted to analyze the influence of machining parameters on the machining surface quality, as well as the optimal parameter combination and milling machining surface quality were predicted and verified. The results show that the ice fixation aluminum honeycomb method with cryogenic milling is much advanced than that of conventional ones, and many machining defects are effectively restrained. At the same time, the influence of machining parameters on machining qualities in descending order is cutting depth, cutting speed, honeycomb orientation, feed, and milling width. The minimum roughness value (Ra?=?0.356 μm) of the predicted machining surface is similar to the actual machining result (Ra?=?0.362 μm). It verifies the feasibility of the optimization method. Furthermore, it is proved that the ice fixation + liquid nitrogen cooling method has a positive effect on the high milling quality and implement efficiency for aluminum honeycomb and other difficult-to-machine materials.     

一种新型的广义铣削力模型

基于微分几何理论建立了任意形状铣刀的数学模型,给出适用于任意形状铣刀的三维单元铣削力模型。该铣削力模型考虑了铣刀的法向前角,认为作用单元体上的铣削力由作用于前后刀面上的正压力和摩擦力组成,并表示为与瞬时切厚有关的非线性函数。     

基于动力学约束的端面铣削工艺参数优化

工艺参数优化对提高切削过程的加工效率和加工成本具有重要意义。将铣削系统动力学作为主要约束条件,提出端面铣削工艺参数的多目标优化模型。基于铣削系统动力学分析,得到了综合切削稳定性、工件表面粗糙度、主轴转速、切削力、切削功率等约束的工艺参数多目标优化模型。通过调节权重系数实现优化方向的控制,并采用快速粒子群算法对工艺参数进行优化计算。工艺优化实例及试验表明,采用基于动力学约束的工艺参数优化方法可以获得较好的工艺参数优化结果。     

基于模糊分析方法的钛合金插铣加工切削参数优化

合理的切削参数有利于提高刀具的使用寿命和切削效率,因此,进行切削加工过程中的切削参数优化尤为重要。本文以提高钛合金插铣加工效率,减小加工过程中的切削力为目的,对钛合金TC4进行插铣试验。基于切削试验数据,选择切削速度、切削宽度和每齿进给量作为评价因子,以材料去除率与切削力作为评价指标,运用模糊分析方法对切削参数进行综合评价,得出切削参数对综合指标的影响程度从大到小依次为:切削速度、切削宽度和每齿进给量,并实现切削参数的优化,为实际生产加工提供参考依据。     

涡轮叶盘数控加工优化方法的研究与实现

为提高涡轮叶盘的加工效率和质量，提出了涡轮叶盘数控加工工艺方案，在粗加工阶段，采用插铣方法代替传统的点铣加工，分层加工，减小加工变形。采用UGNX进行涡轮叶盘建模，NERC-Max数控编程，VERICUT刀轨仿真。结果表明，采用插铣方法，切削效率高，刀具和叶片未发生干涉，加工阶段划分、刀轨设计合理。提出的涡轮叶盘数控加工工艺方案可行。     

复杂曲面环形刀五轴端铣加工的刀具轨迹规划方法

为了降低复杂曲面类零部件加工的刀具路径,减小刀具路径条数,提高加工效率,提出了一种新的复杂曲面环形刀五轴端铣加工刀具轨迹优化方法。在局部可铣性基础上对刀轴矢量角进行自适应优化,采用新型加工带宽计算方法——等残留高度算法,给出了等残留高度算法的刀具轨迹生成具体步骤。仿真结果表明:与传统等残留高速算法相比,刀具轨迹优化算法的刀具路径更短、条数更少,能够有效提高复杂曲面加工效率。