为了实现轻量化设计,航天器常采用复杂结构钛合金薄壁件作为承载、连接和定位元件,但是这类零件在切削过程中容易产生刀具磨损和变形,导致加工精度低,难以满足工作要求。基于钛合金薄壁件切削特性研究,采用超声振动金刚石车削方式控制切削力、装夹力引起的加工变形和残余应力,通过在线补偿修正刀具磨损误差;对壁厚(3~5)mm的典型星载钛合金薄壁件进行椭圆形超声振动切削,尺寸精度达到5μm,圆度误差为2.83μm,满足加工精度和稳定性要求。

加工变形是航空整体结构件数控加工领域普遍存在的问题.选取典型航空整体结构件,基于有限元法研究了毛坯初始残余应力对于加工变形的影响,仿真结果与试验结果一致;对残余应力引起的加工变形特点进行了分析,基于不同加工路径对航空结构件加工变形进行了有限元数值仿真,结果表明,对于单一残余应力引起的加工变形分析,可以忽略加工路径的影响.考虑铣削力与残余应力的耦合作用,建立了残余应力、铣削力的耦合力学模型,给出了具体仿真流程,针对不同加工路径进行有限元仿真,研究了铣削力对于残余应力分布及最终加工变形的影响.

为保证零件加工精度,研究定位导向盘防加工变形的工艺措施。通过对定位导向盘进行结构分析,确定了加工难点。制定合理的加工工艺,提出预补偿、胎具工装、一槽+两销孔配合3种防加工变形工艺措施。介绍了3种工艺措施及其组合措施用于定位导向盘防加工变形的具体过程。论述了3种工艺措施的优缺点和适用范围。加工实践结果表明:利用3种工艺措施及其组合措施均能解决定位导向盘加工变形问题,验证了这些工艺措施的有效性。3种工艺措施及其组合措施为解决类似大直径、难加工材料或高精度盘类结构零件的加工变形问题提供了参考。

为研究加工残余应力对钛合金薄壁结构变形的影响,利用有限元软件建立2D切削模型,分析每齿进给量与刀具刃口半径对加工表面残余应力的影响。利用切削仿真得到的残余应力对薄壁件进行变形仿真分析;分别以每齿进给量0.06、0.08 mm进行闭腔侧铣试验。结果表明:与实测值相比,仿真表面残余应力误差约为20%、最大变形量误差约为12%。所提方法具有一定的可靠性与可行性。

针对非规则结构件由残余应力引起的加工变形不易进行有限元准确仿真预测的难题。论文基于弹性力学理论和线性叠加原理,阐述了非规则结构件残余应力释放/重新分布过程有限元模拟的机理,修正了相关理论公式,提出了一种可以模拟实际切削工艺过程的加工变形有限元预测方法,能够依照复杂走刀轨迹进行有限元仿真分析,提高了该类结构件加工变形有限元仿真的适用性。基于“先切断”理论,提出了一种“沿轮廓深度优先”走刀方式,结果表明,该走刀方式有效降低了加工变形。

加工变形是决定薄壁叶片加工质量和加工效率的主要因素。针对薄壁叶片加工中出现的变形问题,分析了铣削加工中的刀轴倾角,建立了刀具-工件切削力系统下的工件变形模型,并预测加工后薄壁叶片的变形规律。以控制加工变形为目标,为叶片加工规划了合适的刀具路径和加工工艺。设置不同侧倾角的对比实验,测量了切削力和加工变形,并对测量结果进行了分析。实验结果表明,薄壁叶片的实际变形规律与模型预测的结果一致,15°~20°为较优的刀轴倾角。

为了研究毛坯初始残余应力对7075铝合金薄壁回转结构件加工变形的影响,采用有限元仿真和试验验证结合的方法,利用ABAQUS顺序耦合热应力分析对铝合金薄壁回转结构件的淬火过程进行研究,得到毛坯的初始残余应力,并进行了毛坯的初始残余应力测量试验,再用有限元方法仿真了切削过程,并进行切削试验。结果表明,有限元仿真结果与测量结果数据相近,初始残余应力误差最大为16.85%,工件的径向变形量误差最大为0.033mm,毛坯初始残余应力对7075铝合金薄壁回转结构件的加工变形有着显著的影响,同时验证了有限元模型的准确性,可为后续的加工参数进行优化和预测,对实际生产具有一定的参考价值。

为了研究不同加工顺序对7075铝合金薄壁件加工变形的影响,采用有限元仿真和试验验证结合的方法,利用ABAQUS有限元分析软件顺序耦合热应力分析功能对毛坯的淬火过程进行仿真,得到毛坯初始残余应力分布;并对毛坯的初始残余应力进行测量试验,验证有限元分析结果,用有限元法对左右对称、分层对称、阶梯对称和金字塔对称四种不同加工顺序切削过程进行仿真研究。结果表明,有限元仿真结果和测量结果数据相近,建立的有限元模型和仿真方法能够预测毛坯的初始残余应力分布;四种不同加工顺序变形量结果都是上端变形大,底部变形小,金字塔对称的加工方法变形量最小,在整个加工过程中,变形量的最大值为0.21mm。根据仿真结果,结合数控加工误差补偿,可提高薄壁件的加工质量和精度,对后续的加工具有一定的参考价值。

大直径盘类零件在工业产品中的应用越来越广泛，而此类零件因其结构的特性，在加工过程中易变形，零件精度不易控制，其加工难度也成了加工行业内棘手的问题。文中以大型工业压缩机中的铸铁扩压器板零件为例，通过四轮工艺试验，对比分析试验数据，对加工过程中产生的变形进行剖析，最终采用立车定位压装的精加工方法，有效控制了扩压器板零件的加工变形的问题。

针对叶片加工中的难点和传统夹具存在的问题,设计出一种通过叶身型面夹持的随形注胶夹具,解决了叶片加工中易变形的问题,保证了加工精度,提高了加工效率。