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航空整体薄壁构件高效宽频铣削加工振动控制

发布时间: 2023-10-25

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式: 合作开发
成果类型: 发明专利
行业领域:
高端装备制造产业
成果介绍
先进战机对国防建设和国家安全具有极其重要的战略意义。由于高隐身 性、超音速巡航和高机动性等特性要求,作为先进战机“脊梁”和“骨架”的 结构件大型化、整体化、薄壁化和精确化特征更加突出,复杂程度显著增加, 难加工材料大幅增长,重量容差和形位精度要求十分严格。数控加工过程中加 工失稳现象极为突出,制造难度极高,其关键技术仅极个别国家掌握,但对我 国严格封锁。基于经验为主的数控加工技术已无法满足先进战机按质按期交付 的要求,亟待自主发展数控加工关键技术,支撑先进战机的研制和生产。在国 家科技重大专项、国家自然科学基金等项目的支持下,项目历经十年攻关,突 破整体薄壁构件稳定高速铣削工艺优化、多自由度动力吸振器高效抑制长悬伸 刀具振动、复合阻尼宽带抑制零件多振动模态等关键技术,形成满足航空武器 装备发展需求的高质高效数控加工核心能力。
成果亮点
1)针对高速铣削加工低主轴转速的切削稳定性、进给稳定性、振幅稳定 性,提出非线性铣削颤振建模及基于摄动法展开位移的微分方程时域迭代求解 方法,在实现铣削稳定性准确预测的同时计算效率大为提高。发明了数控加工 过程动力学测试与仿真优化系统,完成系列使能工具工程化开发及应用,解决 了直升机、教练机、无人机、C919等整体框、梁、壁板等关键构件高速铣削加 工失稳的难题,材料去除效率提升30%。 2)针对多自由度动力吸振器性能突出,但机理研究与实现方法欠缺导致已 有工作受限,揭示动力吸振反馈作用机理,提出基于预期运动的构型设计与精 确固有频率的几何设计方法,为不同类型吸振器提供了系统、通用的设计理论 框架。提出动力吸振器优化切削加工稳定性专用方法,系统解决了从单目标模 态到多目标模态、低频主振结构到高频主振结构、窄频激励到宽频激励的高效 振动抑制。发明内置多自由度吸振器长悬伸减振铣刀,较国外品牌材料去除率 提高33.3%,刀片寿命提升50%。
团队介绍
北京航空航天大学江西研究院作为江西省与北京航空航天大学省校合作实 践载体,是由江西省工业和信息化厅和北京航空航天大学共同举办的省级事业 单位,承载省内航空产业科研创新、生产试验与产业孵化职能。研究院科研实 力雄厚,依托北京航空航天大学的人才优势、科技优势,汇聚了以刘大响院士为 代表的高水平科研队伍,拥有来自北航的科研人员近70名,其中60%具有高级 职称,67%具有博士学位。承担了国家自然科学基金、国家科技重大专项、GF 基础科研计划中“高效数控加工技术”和“数控加工工艺优化”多个研究课题,研 究开发了一批具有自主知识产权的软件和专利技术,科研积淀深厚,发展基础 良好,发展潜力巨大。与多个航空企业合作,在保证型号任务关键零件数控加 工质量、提高机床加工效率和零件加工合格率方面,取得了突破性进展,得到 国务院和工信部(原GF科工委)领导的高度重视。
成果资料
成果综合评价报告

评价单位:“科创中国”江西科技服务团 (江西省科学技术协会) 评价时间:2023-11-02

李立德

江西省机械工程学会

组员

综合评价

2023年8月19日,江西省机械工程学会在南昌组织召开由北京航空航天大学江西研究院研发的“航空整体薄壁构件高效宽频铣削加工振动控制”项目科技成果评价会,会议成立了评审专家组,听取了项目组汇报,查阅了相关资料,考察了现场。经过质询、讨论,形成评价意见如下: 1、项目技术资料齐全,符合科技成果评价要求。 2、该项目突破了航空整体薄壁构件稳定高速铣削工艺优化、多自由度动力吸振器高效抑振及复合阻尼宽带抑制多振动模态三大关键技术,解决整体薄壁构件数控铣削加工失稳制约质量和效率等瓶颈问题,形成满足航空武器装备发展需求的高质高效数控加工核心能力,保障国防武器装备按期交付服役。主要技术创新如下: 1)提出非线性铣削颤振建模及基于摄动法展开位移的微分方程时域迭代求解方 法,发明了数控加工过程动力学测试与仿真优化系统,完成系列使能工具工程化开发及应用,解决了航空铝合金整体框、梁、壁板等构件高速加工失稳的难题,筋条高厚比15、长1800mm的腹板加工效率提升40%以上。 2)提出多自由度动力吸振器基于预期运动的构型设计与精确固有频率的几何设计方法,以及切削稳定性专用优化准则,发明了内置动力吸振器的系列减振车刀/铣刀,解决了航空整体构件深孔、深腔特征的加工难题,长径比7的减振铣刀材料去除效率提升33%,刀片寿命提升50%。 3)揭示交变磁场电涡流阻尼、冲击阻尼线性与非线性响应作用机理,提出耗能阻尼抑制多振动模态最优设计方法,发明系列真空/空气吸附阻尼耗能减振工装,解决了薄壁零件铣削加工宽频振动抑制难题,复合阻尼减振工装实现薄壁零件6阶以上的振动模态抑制,切削振动幅度降低76%。 3、本项目已授权发明专利20项,实用新型4项,软件著作权8项,出版专著3本,发表论文62篇(其中SCI检索30篇,EI检索22篇)。 4、项目实施后,近三年累计应用于直升机、教练机、大飞机C919等上万件铝合 金、钛合金零件的数控加工,加工效率提升30%以上,加工精度指标满足先进战机制造要求,累计产生直接经济效益4.55亿元。
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