[01603478]融合气动设计与加工能力的航空发动机复杂曲面自适应加工优化研究

本项目以近净成型叶片/叶盘为对象,提出了高精高效自适应加工的工艺方法。与现有的传统人工控制“边加工、边测量”方法相比,该工艺方法的特色主要体现在“高精”和“高效”。由人工控制变为数控加工与机内测量相结合;由传统的数控加工工艺变为几何与力学耦合的切削过程优化加工;由传统的在机测量变为考虑机床精度的五轴联动高精在机测量;由加工完成后检测、补偿改为加工全过程中监测补偿。 在机测量的研究中,标定过程不再是基于标准球的实验标定方法,在标准球上标定尽可能多的位置,获取预行程误差的三叶草图,并通过线性插值从图中找出每个测量点对应的预行程误差,将预行程误差转化为标定补偿量对在机测量后的数据进行补偿。只需要标定标准球上极少数的点位,即可保证预行程误差的精确补偿,提高了精度与效率。测量过程不再是“3+2”轴运动,通过测量规划时的干涉检查使五轴联动快速测量称为可能。探针轴向的选择进一步考虑了机床定位误差对测量误差的影响,在测量时尽可能减少机床误差的引入,进一步提高了测量精度。测量采样规划采用曲面分割和曲面细化的方式,保证曲面测量结果的高精度形状拟合。 数控加工的研究中,不再依据理论模型直接生成路径与确定切削参数。通过计算未变形切屑厚度及预测切削力来预测叶片切削变形与加工误差,得到更加合理的切削参数。加工时进一步考虑工件余量,采用非均匀余量分布对叶片毛坯各位置余量进行重新规划,得到更合理的走刀路径。在计算机中建立切削瞬时工件几何模型,实现决加工过程中理论工艺模型与加工实作模型的在线交互,使得加工过程中的实时补偿称为可能。 自适应加工操作过程中,不再全程人工手动操作,通过模块化编程实现在机测量和数控加工数控代码的混合编程,提高加工效率和稳定性。 实施近净成型叶片/叶盘高精高效自适应加工后,数控机床将更好的发挥其自动化优势。整个工艺过程不再依赖于人工操作与个人经验,整个工艺过程中通过机床与本项目中建立的优化方法实现毛坯数据的高精高效采集,工艺参数的指定,走刀路径的规划,加工过程的监测与补偿,使得工艺过程有理论指导,过程可控,且具有更高的加工精度和加工效率。 高精高效在机测量替代人工测量,效率与精度更高,测量结果稳定性更好。测量数据在计算机内直接处理,直接用于加工工艺规划,数据传递更方便。 预测切削变形与加工误差,并根据实际毛坯模型重新规划加工余量分布,使数控加工的切削参数与走刀路径设置更加合理,保证此类弱刚度难加工材料零件的加工精度符合要求。 加工过程实时监测,在计算机内实时建模,使加工过程更加清晰可控,在加工过程中直接进行补偿与参数的修改,降低零件超差报废的可能。 整个自适应加工过程数控代码实现一体化,在机测量与数控加工无缝衔接,减少人工操作,工艺过程更加稳定、高效。 综上所述,通过本项目研究,优化零件加工的工艺方法、减少人工干预,将大幅提高发动机关重件的加工效率和质量。