项目编号 | I06-2019-J005 |
项目名称 | 航天结构件多轴加工稳定性控制关键技术研发及应用 |
候选单位 | 北京理工大学 北京动力机械研究所 北京机电工程研究所 北京航星机器制造有限公司 北京信息科技大学 |
候选人 | 刘志兵 王西彬 周 恺 顾井峰 王 欢 李湘媛 孙 晶 石晓鹏 邢向杰 籍永建 |
项目简介 | 随着航天飞航发动机性能和技术指标的不断提升,涌现出叶轮、机匣、舱段、壁板等大量服役于高温、高应力恶劣工况的结构件,此类零件结构整体成形、型腔封闭狭小、型面精度苛刻、薄壁易于变形、材料难于切削、极低损伤要求,迫切需要解决高速切削机理、刀具设计制造、刀具路径规划、加工颤振抑制等制约多轴数控加工效率、精度、稳定性的瓶颈问题。
项目在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项、国家自然科学基金、中国航天科工集团技术开发项目的支持下,取得以下创新和成效。
创新点1:系统掌握了航天特种难加工材料高速切削工艺规律。揭示了高温合金、金属间化合物、C/SiC陶瓷基复合材料的高速切削机理,建立微观缺陷、表面崩边、边缘损伤的表征和抑制方法,解决材料高温承力、抗氧化性能提升引发的切削速度低、刀具磨破损失效严重难题。
创新点2:提出了五轴铣削刀具“结构-参数-动态特性”一体化设计与无瞬心包络刃磨方法。综合考虑高速切削剪切效应和陀螺效应,应用铁木辛柯梁理论建立刀具动态特性模型,显著改善动力学性能;设计出变导程、变螺旋角颤振抑制刀具,应用无瞬心包络原理刻画螺旋沟槽刃磨运动,实现螺旋沟槽与复杂螺旋沟槽精准制造。
创新点3:提出了多轴铣削刀具路径高阶切触规划和精度控制方法。构建刀具空间可达性及其与特征参数、姿态的映射关系,获得无干涉的刀具路径;提出刀具路径规划的高阶切触分析方法,掌握刀具-工件接触几何沿刀具路径演变规律,通过切削力精准控制获得顺滑的刀具路径。
创新点4:提出了多轴铣削加工过程稳定性预测与颤振在线抑制方法。掌握了多轴加工的装备工艺交互行为及其动态演变规律,发明了收敛速度快、计算精度高的三维稳定性图求解方法;揭示再生效应和过程阻尼对加工稳定性的影响,通过刀具结构模态耦合调整工艺系统阻尼,实现颤振在线抑制,显著扩大了极限稳定区域。
项目发明专利授权23项、软件著作权6项、加工与检验标准6项、切削物理数据库1套;在Int. J. Mach. Tool Manu.、Mech. Syst. Signal Pr.、Int. J. Adv. Manu. Tech.、Front. Mech. Eng.、机械工程学报发表论文30余篇;与日本精密工学会联合举办研讨会5次;近三年创造经济效益1.16亿元;获中国专利奖优秀奖1项。形成了完整和自主可控的多轴加工稳定性控制技术体系,应用于04专项五轴加工中心、车铣复合加工中心和数控系统换脑工程,验证了国产高档装备和精密高速刀具对于航天复杂结构件精密制造的适用性和可靠性。 |
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