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Forschung zur Schlüsseltechnologie des CNC-Bearbeitungsprozesses für große komplexe Flugzeugstrukturen

CNC-Bearbeitungsprozess für große komplexe Flugzeugstrukturen


Bei der Entwicklung der Luftfahrttechnik stehen die Anforderungen an großflächige, integrierte, dünnwandige und präzise Flugzeugstrukturteile im Vordergrund. Die Größe nimmt zu, aber die Toleranz verdoppelt sich, die Wandstärke nimmt ab, aber die Rippen nehmen zu und die Maßgenauigkeit steigt. Gleichzeitig wird der Gewichtstoleranzindex erhöht und die vielfältigen Strukturmerkmale eines einzigen Strukturbauteils integriert, was zu einer strengen Form- und Positionsgenauigkeit führt. Die lange Lebensdauer und das geringe Gewicht erfordern, dass die Oberflächenrauheit der Verarbeitung im Allgemeinen um 1-2 Stufen verbessert wird. Da alle Flugzeugstrukturbauteile zu 100 % CNC-bearbeitet sind, ist die Bearbeitungsqualität Der Widerspruch zur Bearbeitungseffizienz steht im Vordergrund.

Forschung zur Schlüsseltechnologie des CNC-Bearbeitungsprozesses für große komplexe Flugzeugstrukturen

CNC-Bearbeitungsprozess für große komplexe Flugzeugstrukturen

Bei der Entwicklung und Produktion von Flugzeugen sieht sich die NC-Bearbeitung mit drei Hauptproblemen konfrontiert: Bearbeitungsschäden, Bearbeitungsinstabilität und Bearbeitungsverformung. Seit 2007 hat PTJ Shop mit Unterstützung verschiedener Projekte in der Luftfahrtindustrie die oben genannten Probleme erfolgreich gelöst.

Die wesentlichen Ursachen für Bearbeitungsschäden, Instabilität und Verformung ergeben sich aus dem dynamischen Zusammenspiel des Prozesssystems „Werkzeugmaschine-Werkzeug-Werkstück“ in der NC Bearbeitungsprozess. Herkömmliche Theorien und Methoden, die auf Erfahrung und Einzelfaktoren basieren, lösen die oben genannten Probleme nicht.

Die allgemeine Idee ist, das Problem anzugehen. Analysieren Sie durch Modellierung die mechanische Natur von „Überlast → Beschädigung“, „Rattern → Stabilität“ und „Spannung → Verformung“. Aus der theoretischen Vorhersage werden „Beweis“ und „Ausrüstung“ „abgeführt“. Beginnen Sie mit einer Kombination aus Anti-Stornierung, sowohl Hardware als auch Software, und durchbrechen Sie die folgenden Schlüsseltechnologien:

  • 1) Schneidkraft-/Wärmelastausgleichs-Voreinstellungs-Verarbeitungstechnologie für die Bearbeitung schwieriger Materialien und komplexer Strukturen;
  • 2) Stabile Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitungstechnologie für große dünnwandige Strukturteile;
  • 3) Vorhersage- und Kontrolltechnologie von Eigenspannungen und Verformungen während des gesamten Prozesses großer und komplexer Strukturteile.

PTJ Shop unabhängig entwickelt: NC-Fräszeit-variierende Schnittkraftvorhersage- und Parameteroptimierungssoftware und Mikroschmiervorrichtung, NC-Schnittdynamik-Simulationsoptimierungssoftware und passive Dämpfungsvorrichtung, Schwingungsabsorptionsvorrichtung, Bearbeitungsdeformationssimulationssoftware und „Thermovibration“ Verbundspannungsausgleich wird auf den numerisch gesteuerten Bearbeitungsprozess von großen und komplexen Strukturteilen von Flugzeugen angewendet und löst die Probleme der Bearbeitungsinstabilität, Beschädigung und Verformung.

Erforschung und Anwendung von Schlüsseltechnologien:

1. Schnittkraft- / Wärmelastausgleichs-Voreinstellung Verarbeitungstechnologie für schwer zerspanbare Materialien

Das Problem von Bearbeitungsschäden besteht darin, dass die Laser schneiden Kraft / thermische Belastung ist groß und ändert sich stark während der CNC-Bearbeitung Prozess, der durch den Aufprall von Werkzeugen und Werkstücken mechanische Beschädigungen und Oberflächenverbrennungen verursacht, insbesondere bei der numerisch gesteuerten Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien.

Der traditionelle Weg, Bearbeitungsschäden zu vermeiden und zu reduzieren, besteht darin, die Schnittmenge stark zu reduzieren und eine große Menge an Kühlschmierstoff zu verwenden, was die Schnitteffizienz erheblich beeinträchtigt. Angesichts der neuen Bearbeitungsanforderungen, basierend auf dynamischer Schnittkraftmodellierung und unter Berücksichtigung mehrerer Einschränkungen des Prozesssystems, wurde ein radiales, geschichtetes, lokalisiertes Zirkularfräsverfahren mit variablen Spiralkurven vorgeschlagen, um den Werkzeugweg zu optimieren und die Schnittparameter vorab einzustellen. Die Schnittkraft ist ausgeglichen, um eine Überlastung und Auswirkung der Schnittkraft zu verhindern.

Zeitvariable Schnittkraftvorhersage- und Parameteroptimierungssoftware für CNC-Bearbeitung von Flugzeugen Teile wurde entwickelt und Anwendungsspezifikationen wurden erstellt; Es wurden drei Arten von Präzisionsschmiervorrichtungen für das quasi-Trockenschneiden entwickelt. Der supergroße Gesamtrahmen aus TC4 Titanlegierung wird auf komplexe Strukturen wie Rippen, Kanten und Innenformen verarbeitet und getestet, um eine stabile Schnittgeschwindigkeit von mehr als 150 m / min zu erreichen, und die Oberflächenrauheit der kritischen Teile erreicht Ra1.6 ~ Ra0.8.

2.Stabile Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitungstechnologie für große dünnwandige Bauteile

Das Problem der Bearbeitungsinstabilität besteht darin, dass die dünnwandigen und hochverstärkten Strukturen dazu führen, dass sich die dynamischen Eigenschaften des Prozesssystems verschlechtern und Schneidflattern auftritt. Angesichts neuer Bearbeitungsanforderungen wurde basierend auf der Analyse von Prozesssysteminteraktionen ein dynamisches Modell „Werkzeugmaschine-Werkzeug-Werkstück“ erstellt. Durch Testen und Identifizierung wurde die Flatterstabilitäts-Domänenkurve durch Simulation berechnet. Unter den vielfachen Einschränkungen des Prozesssystems werden optimierte Schneidparameter bereitgestellt, um ein Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsschneiden ohne Rattern zu erreichen und eine Bearbeitungsinstabilität zu „verhindern“.

Basierend auf dem Flattermodell wurden eine Vielzahl von Dämpfungs- und Schwingungsdämpfungsvorrichtungen entwickelt und an den entsprechenden Teilen der bearbeiteten Struktur oder Werkzeugmaschine installiert, um die auftretenden Schwingungen zu unterdrücken oder zu dämpfen und die „Beseitigung“ von Bearbeitungsschwingungen zu erreichen.

Eigenständige Entwicklung der Identifikationstesthardware, X-Cut / e-Cutting Software und Dämpfungsvorrichtung sowie Aufbau einer Prozessdatenbank basierend auf einer Vielzahl von Tests. Beispieltests von Rumpfspanten aus Flugzeugaluminiumlegierungen zeigen, dass:

Realisieren Sie eine ratterfreie stabile Verarbeitung von schwachen starren Kanten;

Zeitspanvolumen mehr als verdoppelt;

Die Oberflächenrauheit der kritischen Teile erreicht Ra0.8 µm.

3. Vorhersage- und Kontrolltechnologie von Eigenspannungen und Verformungen während des gesamten Prozesses

Die Verformung großer und komplexer Bauteile kommt hauptsächlich von:

  • 1) die durch die Eigenspannung im Rohling verursachte Verformung, die während des Schneidvorgangs kontinuierlich abgebaut und neu verteilt wird;
  • 2) die Verformung zwischen Werkzeug und Werkstück (einschließlich Einspannung) unter Einwirkung der Schnittkraft Relative Verformung.

Daher sind die Bildung von Eigenspannungen in Flugzeugstrukturteilen und die Entwicklung der elastischen Verformung der Schaufel der Kern der Vorhersage und Kontrolle der Bearbeitungsverformung. Führen Sie für große und komplexe Flugzeugkomponenten Simulationsanalysen der Eigenspannung vom Rohling bis zum fertigen Produkt des Strukturteils durch, sagen Sie den Zustand der Eigenspannungsverteilung und das Verarbeitungsverformungsgesetz vorher und optimieren Sie den Prozess und die Parameter zur Kontrolle des Eigenspannungszustands des Rohlings, um die Vorhersage der nachfolgenden CNC-Bearbeitungsverformung zu realisieren. „Schutz“; eine „Thermovibrations“-Verbund-Eigenspannungsausgleichsvorrichtung entwickelt, die Wärme- und Vibrationsverbundwirkungen vom „Punkt-Hohlraum“-Typ auf das Werkstück anwendet, um einen Restspannungsausgleich durchzuführen, um die Werkstückverformung zu „eliminieren“.

Die Gesamttechnologie dieser Projektleistung hat das internationale Spitzenniveau erreicht, und es hat das internationale Spitzenniveau in der Voreinstellungsverarbeitungstechnologie für Schneidkraft / Wärmelastausgleich erreicht.

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