钛合金整体结构件高效插铣工艺实验研究

针对钛合金整体结构件粗加工的插铣和侧铣工艺,从切削力、切削稳定性、切削温度等方面进行了切削实验和分析对比。实验结果表明,在相同切除率条件下,插铣的轴向切削力略大于侧铣的轴向切削力,而插铣作用力仅为侧铣的1/3%;随着切削深度的增加,插铣刀具的振动比侧铣刀具的振动小,且切削过程稳定;
插铣的切削温度要比侧铣的切削温度低。最后,以TC4钛合金整体叶盘通道开槽为例,进行了插铣验证。验证结果表明,插铣切削过程稳定,效率比侧铣提高了近1倍,刀具成本仅为侧铣的13%。     

钛合金盘铣开槽刀具的优化设计

为了提高整体叶盘的加工效率,将盘铣应用于该类零件的开槽粗加工。相比于插铣和侧铣工艺,盘铣能将该类零件开槽加工效率提高3～4倍。由于盘铣刀直径大、齿数多,切削过程中容易产生振动,加剧刀具磨损,因此刀具结构对表面质量和加工效率有较大影响。针对盘铣刀铣削过程中承受大载荷、高抗力、易磨损等情况,对盘铣刀做了铣削过程仿真及刀具优化设计。对不同尺寸的整体叶盘,设计了三种不同参数的盘铣刀;利用ANSYS软件对三种不同参数的盘铣刀进行模态分析,结果表明,盘铣刀的固有频率与激励频率差距较大,盘铣刀产生的变形与磨损非常小。对三种不同参数的盘铣刀进行了铣削过程的静态受力分析,结果表明,?200和?400的盘铣刀的最大应力分布于刀片与刀体结合处,?600的盘铣刀的最大应力分布于键槽处,刀具的最大变形量为0.48mm,说明盘铣刀的刚性完全满足加工要求;通过盘铣刀磨损试验,验证仿真分析的可信度。     

整体叶轮插铣粗加工算法

针对目前航空发动机整体叶轮高效开粗加工的需求,提出了一种新的基于最小二乘原则的整体叶轮插铣开粗算法,对其关键刀位确定及刀轨排布给出了较为详尽的计算与推导.基于参数辨识试验建立了插铣工艺的铣削力模型,比较了插铣算法与常规侧铣算法铣削力的差别.通过整体叶轮粗加工过程数字仿真及其在整体叶轮五轴数控工艺过程中的工程应用,验证了整套插铣工艺及算法的可行性和加工高效性.实验结果表明,与传统侧铣分层铣削相比,插铣开粗工艺过程中的径向铣削力减小50%以上,加工效率增加近一倍.     

开式整体叶盘四坐标侧铣开槽粗加工轨迹规划

为了提高开式整体叶盘的粗加工稳定性，在粗加工阶段，提出采用将自由曲面蜕变为直纹面的方式简化开式整体叶盘通道开槽加工的难度，实现稳定切削。讨论了直纹面逼近自由曲面的算法，提出了一种新的刀轴矢量计算方法，并基于直纹面给出了开式整体叶片通道四坐标侧铣粗加工数控编程方法，规划出了无干涉的刀位轨迹。实例验证表明，采用该方法可快速有效地实现开式整体叶盘的开槽粗加工，并可提高开式整体叶盘加工中的稳定性。     

开式整体叶盘通道侧铣粗加工技术的研究

整体叶盘从锻造毛坯到最终零件加工成型,需要切除大量的多余材料。本文提出了一种开式整体叶盘通道区域五坐标粗加工刀具轨迹规划方法。该方法通过生成整体叶盘薄壁叶片的直纹包络面,以确定叶盘通道粗加工区域的边界轮廓;基于直纹面五轴侧铣加工刀具轨迹双点偏置生成方式,利用投影法规划开式整体叶盘通道区域粗铣加工的刀心点轨迹与刀轴矢量方向。加工实践表明,开式整体叶盘的粗加工效率提高30%以上,同时,显著优化了后续半精加工和精加工工序的环境。     

开式整体叶盘通道插铣粗加工技术的研究

针对整体叶盘等复杂结构件，从锻造毛坯到最终零件加工成形，需要切除大量的多余材料的问题，提出了一种开式整体叶盘通道的五坐标插铣粗加工方法。利用直纹面逼近叶型曲面，进而确定通道粗加工区域的边界轮廓；通过连接刀心轨迹线和刀轴驱动线上的对应点，规划插铣粗加工叶盘通道时的刀具轨迹。加工实践表明，利用插铣方式，可以有效避免粗加工过程中的振动现象，开式整体叶盘的粗加工效率提高50%以上。     

小型整体叶盘四轴数控加工工艺研究

小型整体叶盘已经在小型航空发动机上广泛应用,针对小型整体叶盘的加工多在五轴数控加工机床上进行。文中针对小型压气机整体叶盘,对其四轴数控加工工艺进行研究,采用3+1定轴开粗和四轴螺旋绕铣精加工工艺,加工出了生产效率高、表面质量好的零件。     

整体叶盘通道去余量线切割加工技术研究

整体叶盘的加工余量主要是在其通道开槽粗加工阶段去除的,合理选取整体叶盘粗加工通道余量去除方法是降低通道加工费用、实现整体叶盘加工经济性的关键。由于线切割机床加工单位成本低的原因,采用线切割加工方法对整体叶盘通道进行去余量加工。提出利用叶型与轮毂偏置面确定通道加工边界;通过比较通道边界投影后的投影面积大小确定最优矢量;然后根据最优矢量确定线切割丝与叶盘端面之间的夹角以及切割区域,实现整体叶盘粗加工阶段去除余量最大化。该方法可以有效地解决整体叶盘粗加工阶段经济性问题。试验表明,线切割加工可以应用在整体叶盘通道去余量加工中,并且与传统数控铣削相比,单个通道的加工费用仅为数控铣削加工费用的1/20。     

基于五轴平台的枞树型轮槽铣刀加工工艺分析

轮槽成型铣刀是加工汽轮机轮毂槽的重要工具,其结构复杂且加工困难。为提高加工效率和精度,以某型高速钢轮槽铣刀为例,提出基于五轴平台的加工工艺方法。使用UG软件基于五轴车铣复合机床规划粗加工刀具路径,并采用专用后置处理器生成数控加工程序,通过虚拟机床进行仿真验证;采用NUMROTO软件规划精加工路径,获得磨削NC代码并进行虚拟加工验证;进行实际切削验证,通过DOOSAN PUMA SMX2600ST车铣复合加工中心对刀具进行粗加工后,在SAACKE UWIF五轴工具磨床上完成刀具的精加工。实验结果证明,该工艺方法不仅能保证产品质量符合工艺设计要求,而且制造效率提高了20%。     

旋风铣削加工刀齿切削力在线测量与预报

为在线监测螺纹硬旋铣过程的刀具状态、研究其切削机理、实现硬旋铣工艺的高性能加工,提出一种用于旋铣工艺的压电式刀齿三向切削力在线测试系统。结合旋铣工艺运动特征对测试系统进行性能要求分析和结构设计,并运用有限元法分析测力仪结构设计的合理性,通过静态加载试验和锤击模态试验获得测力仪的主要性能参数,将测试系统用于旋铣工艺刀齿切削力的测量。为验证试验数据的有效性,建立基于剪切与犁切效应的双圆弧螺纹滚道旋铣切削力预报模型。试验数据与预测数据取得了很好的一致性。结果表明所研制测试系统完全适用于螺纹旋铣过程刀齿切削力的测量,将为深入研究硬旋铣工艺的加工机理提供重要技术手段。