基于神经网络的叶片电解加工阴极修正模型及其仿真

工具阴极的精确设计与修正是电解加工研究难点之一。采用人工神经网络技术,建立了基于改进BP神经网络的数字化阴极修正模型。通过模型对阴极型面进行了数字化修正,改变传统人工修正的方法,提高阴极修正效率。以多次阴极修正数据为基础,对型面修正量进行预测。结果表明：网络模型预测的阴极修正量与试验修正量比较接近,最大绝对误差在0.015mm左右,证明网络模型具有较好的预测效果。该网络模型能广泛应用于航空发动机叶片等复杂型面阴极的数字化修正,减少修正次数,缩短阴极修正周期,提高叶片电解加工精度。     

考虑流场特性的发动机叶片电解加工阴极设计及数值仿真

为了提高阴极设计的精度,本文在考虑流场特性的基础上,分析了气泡率、温度、压力以及流速等因素对电解加工的影响,建立了电解加工间隙的数学模型,完成了叶片叶盆电解加工的阴极设计,同时对加工间隙中电场强度的分布进行了仿真,并和根据单纯考虑电场作用的模型所设计的阴极进行了对比．结果表明,同时考虑流场和电场两因素时,间隙内的电场强度比单纯考虑电场因素时的电场强度大9％,其分布和叶片型面变化接近,说明考虑流场特性的阴极设计模型更能够真实的反映加工工件型面的变化,更加符合电解加工实际物理过程的本质,从而提高了阴极设计的精度,减少了阴极修正的次数．     

基于叶片型面扭角分析的整体叶轮展成电解加工运动设计

为提高展成电解加工整体叶轮叶片型面的加工精度和阴极运动设计的效率,以直纹面叶轮为例,研究了叶片扭角对展成电解加工的影响,提出对叶片型值点拟合曲线做法向偏置,以偏置曲线生成的特征点为依据进行展成运动轨迹设计,并根据工艺试验确定工具阴极运动参数的展成运动设计方法,从而消除叶片扭角对加工精度的不利影响。实例验证表明,采用该方法可以快速有效的进行整体叶轮叶片型面展成电解加工阴极运动设计,并可提高加工精度。     

数控展成电解阴极空间运动及其对成形规律影响的分析研究

对于扭曲叶片型面整体叶轮通道的加工,数控展成电解加工显示了明显的优势。从阐述电解加工整体叶轮运动出发,对电解加工过程中阴极速度进行了分析,得到了影响电解加工间隙的速度分量;同时通过对展成电解加工特点的分析,对展成电解加工的成形规律进行了研究,推导出加工间隙的计算公式,与试验结果基本吻合。且以此为指导,对消除期望加工型面与实际加工型面之间的加工误差提出修正方案,并在试验中得到验证。     

电解加工阴极空间运动及其对成形规律的影响

从阐述电解加工整体叶轮过程中阳极和阴极的运动出发,对电解加工过程的阴极速度进行了分析,得到了影响电解加工间隙的速度分量;同时通过对展成电解加工特性的分析,对展成电解加工的成形规律进行了研究,推导出了侧面加工间隙的计算公式.试验结果验证了加工间隙计算公式的正确性,但同时也表明了型面加工余量的不均匀性.为此,提出了消除期望加工型面与实际加工型面加工误差的修正方案,即利用各运动轴的附加运动来消除加工余量的不均匀性,并在试验中加工出了符合要求的工件.     

整体叶轮分步法数控电解加工工艺与关键技术

针对航空发动机整体叶轮的加工难题,在单步加工法的基础上对叶片电解加工工艺进行改进,提出了分步法叶片电解加工工艺.首先制定了叶片的分步电解加工方案,采用切片法提取叶片加工的工艺数据,并利用整体叶轮叶片电解加工的专用软件对叶片电解加工工序的加工区域进行合理划分,对加工路径进行规划,据此计算出阴极运动的控制路径与各坐标轴运动分量,实现了叶片数控加工编程,最后通过加工试验验证该工艺方法的可行性.试验证明,该工艺方法解决了整体叶轮叶片的加工难题,提高了叶片加工的精度,缩短了加工准备时间.     

三轴进给的叶片电解加工

为了消除多工序、多次定位对叶片电解加工精度的不利影响，自行研制开发了三轴进给的叶片电解加工系统及其控制系统软件．该加工系统不仅可以实现叶身全方位一次电解成型，而且可按照优化的角度进行电解加工．同时从理论上推导了叶片装夹角和阴极进给角与电解加工精度的关系，提出了二次判优准则．在Unigraph软件平台上，对某型航空发动机叶片进行实体造型，并以叶片的实体造型为研究对象，结合二次判优准则及自行开发的判优软件，对叶片装夹角和阴极进给角进行优化，优化结果符合实际加工情况．     

整体叶轮分步法数控电解加工工艺与路径规划

针对航空发动机大直径整体叶轮加工难题,在单步加工法工艺基础上对叶片电解加工工艺进行了改进,提出了分步法叶片电解加工工艺方法。制定了叶片的分步电解加工方案,开发了整体叶轮叶片电解加工的专用软件,利用该软件对叶片电解加工工序的加工区域进行了合理划分并对加工路径进行了规划;采用切片法提取了叶片加工的工艺数据,据此计算出阴极运动的控制轨迹与各坐标轴运动分量,实现了叶片数控加工编程;最后通过加工试验验证了该工艺方法的可行性。实验证明,该工艺方法从加工原理上和技术手段上解决了大直径整体叶轮叶片加工问题,提高了叶片加工质量与加工精度。     

基于信息融合的叶片加工间隙在线检测方法

为了精确实现电解加工间隙的在线检测,基于六维力和加工电流,利用多传感器数据融合理论,将六维力传感器信息与加工电流传感器信息进行融合,采用最小二乘加权融合算法,得到间隙融合方程式.该融合方程式比六维力或加工电流单独信号得到的方程更准确反映间隙值,从而实现两类传感器信息综合检测加工间隙.以某型航空发动机叶片为对象,对半面、斜面、叶片型面3种加工阴极进行试验,利用融合方程式在线检测加工间隙.试验表明:信息融合可以提高加工间隙在线检测的准确性,融合公式在间隙范围为0.2～0.4 mm内,实现检测误差小于10%.     

TC4钛合金涡轮叶片修复层的电解修形技术

针对涡轮叶片修复工艺链,电解加工是一种潜在的后续修形技术.为提高电解修形精度,对TC4钛合金涡轮叶片叶尖堆焊修复层的电解修形工艺进行了研究.通过建立电场模型,对工件表面电流密度分布进行了数值计算,研究阳极形状演化规律,并以此分析传统阴极工艺的缺陷形成机理.基于仿真结果,提出了改进阴极以消除过切缺陷,并建立试验系统,对堆焊修复后的TC4钛合金叶片进行电解修形的重复试验.结果表明:采用改进阴极,单组叶片修形时间80,s,修形后的叶片精度较高,表面粗糙度Ra≤0.8,μm,具有较好的重复性.     

大模数斜齿轮可控电解珩磨电解间隙的计算

可控电解珩磨是一种适用于复杂淬硬表面的精密加工方法。文中讨论了大模数斜齿轮采用连续扫描阴极可控电解珩磨时电解间隙变化的原因及其对加工的影响 ,推导出了电解间隙变化量的计算公式。通过对影响电解间隙变化量因素的讨论 ,可定量控制阴极设计时的结构参数     

基于间隙实际电场分布的叶片电解加工阴极设计

根据电解加工的基本原理,探讨了基于间隙内简化电场和基于间隙内实际电场分布数学模型的叶片电解加工阴极设计方法,对比分析了这两种阴极设计方法对间隙内电场强度分布的影响,通过一组工艺试验验证了阴极设计的精度.结果表明,基于间隙内实际电场分布的有限元阴极设计方法更符合电解加工的实际物理过程,阴极设计更加精确合理.     

基于间隙电导率模型的叶片电解加工阴极设计

考虑流场因素的影响是电解加工阴极设计的重要方面．本研究在流场特性的基础上,重点考虑了电解液温升、气泡率、压力等因素对电导率的影响,建立了间隙内沿液流方向的电导率变化数学模型,并将该模型运用在工具阴极的设计中．同时将在该电导率模型基础上求解的间隙分布和只考虑电场因素的间隙分布进行了分析比较．结果表明,在电导率模型基础上设计的阴极模型更能真实地反映加工工件型面的变化,更符合电解加工的实际物理过程．     

成型面叶片型面的数学模型及其应用

成型面叶片是指叶片型面沿叶高各截面内背弧型线的圆弧半径不随叶高变化、均相同的叶片,即可用成型铣刀加工出来的叶片.通过对成型面叶片型面成形规律的分析,运用三维几何变换理论,推导出了这类叶片型面的通用数学模型.应用该模型可推导出各种特殊成型面叶片型面的数学模型,从而可由这类叶片的零件图直接求出其型面的数学模型,为这类叶片型面的加工与测量奠定了理论基础.     

航空发动机叶片铣削工艺调整方法研究

为提高航空发动机叶片精密铣削加工的型面质量,提出了一种基于材料去除量的铣削加工工艺参数调整方法;首先,进行叶片铣削工艺参数调整总体方案设计,制定了叶片的铣削加工总体方案以及工艺参数调整方案;其次,基于神经网络算法建立了叶片铣削材料去除量预估模型,用于评价在不同工艺参数组合实验的铣削稳定性;然后,基于材料去除量对工艺参数进行调整来提高铣削过程的稳定性,并选取最优工艺参数组合进行叶片铣削实验;最后,运用三坐标测量机对铣削后的叶片型面进行检测,实验结果表明:铣削后的叶片叶盆、叶背加工余量分布在±0.05 mm,满足工艺要求,验证了材料去除量模型的稳定性以及所提出的工艺参数调整方法的正确性。     

整体叶盘电解扫掠成形精度分析及误差补偿

为了提高叶片电解加工精度,分析了过去电解加工叶片加工误差产生的原因,由此推导出机床运动、加工编程、对刀间隙产生的叶片加工误差的计算公式;利用计算机模拟技术对整体叶盘的加工过程进行数值模拟,获取叶片因电解加工过切产生的加工误差分布,其误差随着叶片的扭转角度增加而增大;在此基础上对叶片的加工工艺进行改进,提出了分步法叶片电解加工工艺,在加工中针对叶背加工误差来源采取了不同的补偿措施.试验结果表明,采用分步法加工及补偿措施对叶背加工精度进行补偿,叶背加工误差被控制在0.1mm内,叶根采取单独加工,消除了叶根过切.分步法加工工艺与误差补偿措施的运用可显著提高叶片的加工精度,满足叶片电解加工工序的精度要求.     

模板阴极电解加工群孔的成形规律

采用模板阴极进行电解加工群孔试验,探讨了模板阴极电解加工的成形规律,建立了反映实际加工过程的数学模型,并考虑非线性电解液的影响,利用参数化有限元分析技术对蚀除过程进行模拟和数值求解,最后进行了相应的试验验证.结果显示:仿真蚀除的深度和直径与实际加工的深度和直径相符;采用模板阴极双面电解加工方式可减小孔的锥度和缩短加工时间;模板阴极电解加工方式可低成本、高效率地在金属薄板上加工出群孔结构.     

发动机叶片电解加工电解液流动方式优化及试验

提出新的主动控制的电解液流动方式,在该方式中,电解液从缘板两侧流入,分别流经叶盆、叶背流道.建立了流场数学模型,用有限元方法对流动方式进行分析,并与传统侧流式流动进行了对比,分析表明采用该主动控制型流动方式有助于流场的均匀稳定.为了验证该流动方式的合理性,进行了叶片电解加工对比试验.试验表明:与传统流动方式相比,采用新的主动控制流动方式,叶片的表面粗糙度从1.87提高到0.38,同时加工精度也提高了0.05mm,说明该流动方式设计合理,有利于提高叶片加工精度和表面质量.     

基于微孔电解加工的新型阴极结构

为了提高工件材料蚀除的定域性,对裸阴极、侧壁绝缘阴极和缩进阴极进行了研究.以阴阳两极间电解液为研究对象,建立电场模型,通过数值模拟获得加工间隙中电位和电流密度分布,研究阴极结构对微孔进口形状精度的影响.根据模拟结果,分析缩进阴极电解加工微孔时,工艺参数对加工精度和加工效率的影响,优选最佳工艺参数.结果表明,采用优选参数缩进深度50μm,加工电压5V,进给速度3μm/s,能获得良好的加工精度.     

五轴联动数控展成电解磨削整体叶轮的控制方法

分析了整体叶轮叶面片型精加工的现状，为解决整体叶轮叶面型面的精加工难题，进行了五轴联动数控展成电解磨削的基础研究，其中，控制导电磨轮相对整体叶轮叶片型面的展成运动是问题的关键，根据数控展成电争磨削整体叶轮叶片型面这一加工方法的特点，在分析了数控展成解磨床的结构与运动的基础上，介绍了经济型多轴数控系统及其联动控制方法，建立了电解磨削非平行直纹展成曲面的数学模型，开发了五轴联动数控展成电解磨削自动数控编程系统，对航空发动机整体叶片轮的叶片型进行了电解磨削。