【摘要】：在航空航天制造業(yè)中,降低飛行器的自身結構重量,就意味著提高了飛行器的機動性、增大了攜帶負載的能力和飛行距離,因此,以蒙皮為代表的薄壁零件被廣泛應用于航空航天領域。這類零件具有尺寸大、形狀復雜、厚度薄、剛性差等特點,制造難度大。傳統(tǒng)的飛機蒙皮化銑工藝存在化學污染、工藝復雜、耗能較高和消耗鋁材無法回收等弊端。近幾年出現(xiàn)的鏡像銑削技術,作為一種飛機蒙皮加工的新技術,是一種高效、綠色的加工方法,具有逐步取代化銑加工的趨勢,是眾多工業(yè)發(fā)達國家的研究熱點。鏡像銑削系統(tǒng)(Mirror Milling System,MMS)涉及到許多基礎理論與關鍵技術,但出于國防以及國家和公司經(jīng)濟利益的考慮,國外所取得的研究成果大部分都作為技術秘密而限制對外公布或技術出口。為打破國外鏡像銑削技術的封鎖、實現(xiàn)我國獨立研發(fā)蒙皮鏡像銑削工藝技術和裝備,需要針對飛機蒙皮鏡像銑削加工機理、鏡像支撐技術與系統(tǒng)、鏡像銑削加工載荷變化規(guī)律以及載荷與支撐系統(tǒng)的匹配關系、表面輪廓形成機理和表面質量控制方法等開展基礎研究。本文主要研究內(nèi)容與結論如下:(1)針對鏡像銑削的特點,建立薄壁件鏡像銑削切削力模型;考慮工件變形引起的切削條件變化反饋到切削力模型中,通過迭代計算,預測薄壁件鏡像銑削加工變形。提出薄壁件鏡像銑削試驗臺的簡化控制方法,并搭建鏡像銑削加工試驗臺;提出未知面型工件厚度的非接觸測量方法,并搭建鏡像銑削工件厚度檢測裝置。(2)提出將加工后的工件厚度一致性作為評判加工優(yōu)劣的指標,為實現(xiàn)零件的“一次”精確數(shù)控加工成型提供了可能;建立薄壁件鏡像銑削的表面輪廓預測模型,研究支撐點位置對表面輪廓的影響規(guī)律,優(yōu)化加工頭與支撐頭的相對位置。結果表明,最優(yōu)的布置方式是使工件在切削軌跡附近的剛度變化與銑削力的變化一致,才能加工出厚度一致性最好的工件。較少的支撐點數(shù)量、較小的支撐面積,會使支撐頭在工件的支撐表面產(chǎn)生的壓強大于工件材料的屈服強度,從而使工件產(chǎn)生塑性變形,并在支撐表面上留下壓痕。(3)在綜述鏡像銑削支撐技術的研究現(xiàn)狀、分析技術問題與難點的基礎上,開發(fā)了滾動接觸式和液體靜壓式兩種支撐系統(tǒng);研究支撐剛度、支撐元件與工件表面的作用狀態(tài)、支撐力和支撐位置的調控方式,并通過工藝試驗對支撐效果進行驗證。結果表明,對于滾動接觸式支撐系統(tǒng),隨著支撐點數(shù)量的增加,由彈性變形引起的尺寸誤差的平均值和最小值逐漸減小,支撐表面的壓痕得到明顯改善,無論支撐頭為單點、兩點或三點,支撐在優(yōu)化后的坐標位置均可得到較平整的表面;對于液體靜壓式支撐系統(tǒng),采用恒壓力進液式的多液腔靜壓支承,在每個液腔的液路上單獨設置節(jié)流器,可以平衡變化的銑削力,優(yōu)化進液壓力,使液膜剛度最大,從而最大限度減小銑削力變化引起的工件厚度不一致。(4)確定適合鏡像銑削薄壁件的彈性變形誤差補償方法;針對滾動接觸式支撐系統(tǒng)、液體靜壓式支撐系統(tǒng),分別進行誤差補償計算,并進行薄板鏡像銑削實驗驗證。結果表明,刀具軌跡經(jīng)過單層次循環(huán)方式修正補償后,加工彈性變形誤差得到進一步減小。
【圖文】：

邐面向飛機蒙皮制造的薄板鏡像銑削工藝基礎邐逡逑框架結構，并在這個框架外面上包裹上一層薄壁材料，這個薄壁件就是蒙皮（如圖１．２逡逑所示）�？梢灶A見，隨著航空航天工業(yè)的進一步發(fā)展，薄壁零件的應用會更加廣泛，質逡逑量需求也會進一步提高。開展薄壁零件加工制造關鍵技術研宄對提升我國裝備制造業(yè)的逡逑自主制造能力和創(chuàng)新設計水平具有重大意義｜５＿６］。逡逑

逑２０世紀８０年代起，將數(shù)控銑切技術和多點柔性夾持技術相結合，若干歐美機床制逡逑造公司陸續(xù)開發(fā)出多種矩陣式多點真空吸附柔性夾持系統(tǒng)（如圖１．４所示），用于夾持逡逑蒙皮零件并與多軸數(shù)控銑削機床配合，形成蒙皮精確銑技術和裝備并應用于航空制造企逡逑業(yè)，對成形后的蒙皮毛坯進行下料、減薄、鉆孔、開槽和切邊等后續(xù)加工＾３３＿２１］。然而，逡逑蒙皮厚度薄、剛性差，由于柔性夾具對蒙皮零件是多點離散支承夾持，僅依靠柔性夾具逡逑支撐薄蒙皮進行厚度加工，在加工夾持點之間的懸空區(qū)域時，無法確保蒙皮加工的厚度逡逑公差，當切削參數(shù)選擇不當時，蒙皮零件很容易發(fā)生切削顫振，影響銑削精度和蒙皮表逡逑面粗糙度。因此，蒙皮精確銑無法代替化銑實現(xiàn)蒙皮的高效率高精度加工。逡逑，，‘…ｆｔ：－逡逑W逡逑圖１．４多點柔性夾具逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｍｕｌｔｉ邋ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ｕｎｉｖｅｒｓａｌ邋ｈｏｌｄｉｎｇ邋ｆｉｘｔｕｒｅ逡逑若不采用目前廣泛使用的“先成形－后減重”的制造工藝
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V261.23

【參考文獻】

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本文編號：2680502