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薄壁件加工稳定域建模及颤振监测方法研究

薄壁件加工稳定域建模及颤振监测方法研究

作者：周帅大连理工大学

学位级别：硕士

薄壁件在航空、航天、石油、化工以及医药等领域使用广泛。薄壁件是公认的难加工零件,工件形状复杂,存在着材料去除率高、刚性低、工艺性差等问题。在切削力、切削颤振等因素影响下,加工过程中工件易发生变形、振动或失稳等现象。采用... 详细信息

薄壁件在航空、航天、石油、化工以及医药等领域使用广泛。薄壁件是公认的难加工零件,工件形状复杂,存在着材料去除率高、刚性低、工艺性差等问题。在切削力、切削颤振等因素影响下,加工过程中工件易发生变形、振动或失稳等现象。采用保守的加工工艺,极大的降低了生产效率。随着先进科学理论的发展和制造技术的进步,对薄壁件高速切削加工的稳定性、效率、可靠性提出了更高的要求。针对薄壁件加工颤振问题,本文展开对铣削加工颤振的产生机理、薄壁件加工中动态特性变化、加工参数优化及颤振监测等内容的研究。研究主要内容如下:(1)从激励控制方式、振动响应类型及系统对立性质三个角度对铣削加工中振动类型进行分类,对加工影响较大的颤振的三种产生机理进行说明。分析了颤振的影响因素,并简述国内外学者对颤振现象抑制和监测的相关研究现状。(2)对铣削系统做动力学分析,解释颤振稳定性叶瓣图的计算原理。改变程序中参数进行仿真运算,研究参数变化对叶瓣图趋势的影响,并做出相应的分析。然后,通过立铣刀受力模型和铣削实验数据,计算出所选刀具与材料的铣削系数。研究薄壁件动态特性变化,薄壁件分6层加工,每层加工完成经测试得模态参数。计算出切削加工三维稳定域叶瓣图,考虑加工位置变化的影响。(3)研究加工中存在的颤振现象,选择声压信号反馈颤振特征。采集加工中心声压数据,同时观察时域和频域特征。颤振发生时域有效值急剧增大,频域激励频率从轴频转移到刀具-主轴子系统一阶固频,能量集中频段从低频段转移到高频段。构造反映频域能量的特征值4),选择有效值、关心频段占能比和特征值4)三个征量判断颤振现象。(4)通过LabVIEW软件将全离散叶瓣图算法编译为可执行程序,简化稳定性叶瓣图计算过程。根据颤振数据特征,提出基于多重特征值的监测方案,并搭建成在线监测系统,采集、存储、分析加工中的振动数据,实现颤振监测的目的。

关键词：薄壁件加工颤振三维叶瓣图声压在线监测

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高速铣削薄壁件加工变形控制及工艺

今日自动化 2022年第2期 53-55页

作者：李永成郑海东毕振东王鹏勇北京卫星制造厂有限公司北京10094

随着当今科学技术的不断发展,机械制造工程技术的发展也十分迅速。尤其是高速铣削技术的应用与发展,更是让机械加工制造技术及其质量上升到了一个全新层次。而在此项技术的具体应用中,变形控制及其工艺是最为重要的一项内容。基于此,对... 详细信息

随着当今科学技术的不断发展,机械制造工程技术的发展也十分迅速。尤其是高速铣削技术的应用与发展,更是让机械加工制造技术及其质量上升到了一个全新层次。而在此项技术的具体应用中,变形控制及其工艺是最为重要的一项内容。基于此,对高速铣削薄壁加工过程中的变形控制及其工艺进行分析,以使此项技术得到良好应用与发展。

关键词：机械加工高速铣削薄壁件加工变形控制

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基于机器视觉的薄壁件加工误差检测方法

工具技术 2019年第11期53卷 89-93页

作者：朱刚朱冬王玲殷国富武汉第二船舶设计研究所武汉市430064 四川大学制造科学与工程学院

针对薄壁件加工误差在线快速检测的需要,提出一种利用机器视觉技术对薄壁件加工误差进行检测与补偿的方法。通过制作特定标志贴于工件上,用CCD相机获取标志图像;通过数字图像处理算法对所获图像进行分析处理;根据对同一标识位置上的偏差... 详细信息

针对薄壁件加工误差在线快速检测的需要,提出一种利用机器视觉技术对薄壁件加工误差进行检测与补偿的方法。通过制作特定标志贴于工件上,用CCD相机获取标志图像;通过数字图像处理算法对所获图像进行分析处理;根据对同一标识位置上的偏差,计算机床在对薄壁件加工过程中造成的误差,实现薄壁件加工误差的辨识和测量。试验结果表明,检测方法简单、高效,实现薄壁件加工误差的快速检测,为在线误差补偿提供准确的误差数据。

关键词：机器视觉图像处理误差检测薄壁件加工

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航空高温合金薄壁件的加工工艺改进与优化

航空高温合金薄壁件的加工工艺改进与优化

作者：杨俊毅苏州大学

学位级别：硕士

飞机被誉为“工业上的皇冠”,最能体现制造工业的水平。而作为飞机心脏的发动机,其零部件中会大量的用到高温合金,主要包括镍基合金和钴基合金。高温合金加工难度大,且以薄壁件最具代表性。发动机中的薄壁件结构复杂、刚性差,加工极为困... 详细信息

飞机被誉为“工业上的皇冠”,最能体现制造工业的水平。而作为飞机心脏的发动机,其零部件中会大量的用到高温合金,主要包括镍基合金和钴基合金。高温合金加工难度大,且以薄壁件最具代表性。发动机中的薄壁件结构复杂、刚性差,加工极为困难,且在加工中极易出现变形问题。经常出现薄壁件超差和报废现象,从而造成巨大的直接和间接经济损失。本文针对某企业中实际加工的“M”零件,为解决实际生产中该零件变形过大的质量问题,对高温合金零件的加工进行工艺改进,同时形成一套针对高温合金薄壁件加工优化的方法。优化工作主要包括三个方面。第一,借助金属切削仿真软件THIRD WAVE SYSTEMS,分析计算零件加工中的切削力,并对切削力进行优化,将切削力控制在平稳变化的状态,减少零件的加工变形。第二,通过对薄壁件的工艺分析,找出关键问题所在,然后从改进工装设计的角度对重点工序进行工艺改进,同时借助有限元分析论证改进工装的合理性,从而解决了零件的装夹变形问题。第三,为加快零件流转速度和弥补控制变形带来的效率损失,建立最大生产率的目标函数,并借助遗传算法求解。通过MATLAB软件进行分析计算,对工时最长的铣加工工序进行切削参数优化,争取达到既保零件质量又保加工效率的双重目标。本文通过优化薄壁件的加工工艺和切削力,使零件的变形问题得到控制,首次通过率提高了近三十个百分点,超差报废情况也明显好转,零件质量趋于稳定。通过优化切削参数,提高了零件的加工效率,加快了零件流转,平衡了其他工序优化带来的效率损失。本文的研究,为加工薄壁件的相关企业提供了行之有效的方法指导与借鉴。

关键词：高温合金薄壁件加工变形控制工艺参数优化仿真分析遗传算法

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薄壁件反向分段加工变形控制技术研究

组合机床与自动化加工技术 2022年第7期 110-113页

作者：郝清龙杨骞苏帅吴宇鹏董子健北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航空规划设计研究总院有限公司北京100120

航空发动机叶片等薄壁件,其壁厚薄、刚性差,且结构复杂,在加工过程中极易产生变形、颤振。为了实现薄壁件高精度加工,对反向分段加工理论及辅助夹具进行了研究。反向分段加工保证了加工基准的统一,对于减小薄壁件加工变形具有一定作用... 详细信息

航空发动机叶片等薄壁件,其壁厚薄、刚性差,且结构复杂,在加工过程中极易产生变形、颤振。为了实现薄壁件高精度加工,对反向分段加工理论及辅助夹具进行了研究。反向分段加工保证了加工基准的统一,对于减小薄壁件加工变形具有一定作用。光固化材料辅助支撑为加工提供足够的支撑力的同时避免了装夹变形的引入。某叶片反向分段磨削试验表明反向分段加工及光固化夹具对于减小叶片加工变形,实现薄壁件高精度加工具有显著的效果。

关键词：光固化夹具反向分段加工工艺薄壁件加工变形控制

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6R机械臂加工薄壁件振动抑制研究

6R机械臂加工薄壁件振动抑制研究

作者：白玉龙浙江大学

学位级别：硕士

薄壁件由于重量轻,强度高,整体性能优越,已逐渐应用于各类工程领域。传统薄壁件加工主要以数控机床为主。而相较于数控机床,串联机械臂具有较大的工作空间,工件夹持容易实现,价格相对便宜等优点。于是本文将用机械臂加工薄壁件,并主要... 详细信息

薄壁件由于重量轻,强度高,整体性能优越,已逐渐应用于各类工程领域。传统薄壁件加工主要以数控机床为主。而相较于数控机床,串联机械臂具有较大的工作空间,工件夹持容易实现,价格相对便宜等优点。于是本文将用机械臂加工薄壁件,并主要针对在加工过程中易于出现振动的问题,提出了三种抑制加工振动的方法以提高薄壁件的加工的质量。同时通过大量实验和仿真对上述方法的可行性及效果进行验证。论文的主要内容如下。提出了面向机械臂振动抑制的加工参数优选方法。加工参数包括磨削深度,进给速度,磨刀直径,磨刀转速等。通过大量的单因素对比实验,以平均振幅为评价指标,得出各因素与加工振动之间的关系。同时设计一系列验证实验,对上述结果进行论证,并归纳出加工参数优选的方法。提出了面向机械臂振动抑制的加工刚度优选方法。机械臂加工刚度是姿态的函数。选取几组合理的加工姿态,以刚度椭球模型作为刚度评价指标对其刚度进行评价。设计几组验证实验,验证机械臂加工刚度与振动的关系,并开发机械臂加工刚度优选模块使刚度优选一键实现。提出了面向机械臂主动振动抑制的输入成型器设计方法。输入成型器作为一种前馈控制方法广泛的应用于扰性结构的振动抑制。输入成型器种类繁多,各类型输入成型器的适用场景和抑制效果也不相同。根据机械臂的模态频率设计ZV、ZVD、ZVDD、EI四种输入成型器,并通过仿真模拟以输入成型器鲁棒性及抑制效果作为评价指标,优选出最适于机械臂加工薄壁件系统的EI输入成型器。最后应用“加工参数优选”、“加工刚度优选”、“输入成型器”三种振动抑制方法设计综合实验,并以加工铝制薄片为例,详细说明抑制振动的过程以及振动抑制效果。

关键词： 6R机械臂薄壁件加工振动抑制刚度椭球加工参数优选输入成型器

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薄壁件小直径斜孔加工工艺探讨

机械研究与应用 2017年第6期30卷 182-183,185页

作者：傅雄孙伟城广东省高级技工学校广东惠州516100

针对高精度,高表面质量的高速主轴薄壁零件端面上斜孔的加工,通过对该零件工艺分析、研究,设计出既快捷、又简便的专用夹具,经过试验,择适合的刀具和切削用量,能保证加工精度、装夹方便、提高生产效率。

关键词：薄壁件加工夹具设计钻头

薄壁平面件真空多孔吸具的力学特性与优化设计

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西安交通大学学报 2019年第4期53卷 31-37页

作者：杨金川张建富李杰谢强冯平法清华大学机械工程系北京100084 中国工程物理研究院材料研究所四川绵阳621700

针对薄壁平面件刚性差、装夹易变形、装夹困难等问题,基于圆周简支平板变形理论,提出了薄壁平面件在切削状态下吸附力学特性的数学模型及其真空平面多孔吸具优化设计方法,分析了吸附装夹的吸具吸孔设计布局与真空度对薄壁平面件加工中... 详细信息

针对薄壁平面件刚性差、装夹易变形、装夹困难等问题,基于圆周简支平板变形理论,提出了薄壁平面件在切削状态下吸附力学特性的数学模型及其真空平面多孔吸具优化设计方法,分析了吸附装夹的吸具吸孔设计布局与真空度对薄壁平面件加工中的变形耦合影响规律。理论分析表明,加工确定尺寸薄壁件吸孔的数量越少,孔径越小,则所需真空度越大;对于优化确定的吸孔设计布局,真空度越大则薄壁平面件装夹及切削过程变形越大。通过有限元仿真和6061铝合金薄壁平面件装夹试验,验证了多孔吸具优化设计的有效性。优化设计的有限元分析表明,工件静态装夹变形能够控制在纳米量级。吸具样件加工试验结果表明,采用优化后的吸具装夹,可使加工后的薄壁件平面度公差控制在500 nm以内。此设计方法可为薄壁类零部件的吸具设计与装夹提供参考。

关键词：工装优化设计薄壁件加工吸附装夹装夹变形装夹稳定性

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高效铣削不锈钢薄壁件刀具优化研究

组合机床与自动化加工技术 2021年第12期 144-146页

作者：王宝恒李红丽朱飞冯志彪王鲜辉张刚余昕王永国西安航天发动机有限公司西安710100 上海大学机电工程与自动化学院上海200444

针对不锈钢薄壁件在加工时易发生振动而影响加工质量的难题,通过分析产品的加工特性,开发了一种焊接式硬质合金刀具,并优化加工参数,经过实验验证:加工参数优化后,切削参数为:转速n=260 r/min,进给速度:v_(f)=180 mm/min时,得到了较好... 详细信息

针对不锈钢薄壁件在加工时易发生振动而影响加工质量的难题,通过分析产品的加工特性,开发了一种焊接式硬质合金刀具,并优化加工参数,经过实验验证:加工参数优化后,切削参数为:转速n=260 r/min,进给速度:v_(f)=180 mm/min时,得到了较好的切削效果,使其工件的加工效率提升50%,刀具寿命较优化前可提升7倍。

关键词：薄壁件加工不锈钢硬质合金刀具刀具优化