自适应加工技术在整体叶盘制造中的应用_张定华

自适应加工技术在数控加工领域的分类与应用1基本介绍自适应加工技术是一种数控加工领域的技术，其目的是增强加工机床的自主能力，根据特定工件技术要求，对刀具进行有效控制，提高加工质量和效率。

自适应加工技术主要分为通用自适应加工技术和一般自适应加工技术。

2通用自适应加工技术通用自适应加工技术是指利用机器智能技术和数据处理来检测加工过程中的质量参数，并采取相应的正确措施来对产品的质量和加工效率进行控制，从而保证加工精度大幅提升，并能有效解决一般加工机床普遍存在的问题。

它采用分类和聚类技术来获得、分析、管理有关加工质量的数据，并利用数据库技术以及远程服务技术来实现跨厂加工的数据管理和交互，有效控制各工序的加工精度，实现加工过程中的质量监控和自适应调节，缩短加工周期，降低生产成本，提高生产质量和生产效率。

3一般自适应加工技术一般自适应加工技术也称为模糊自适应加工技术，其重点在于对加工质量参数这类不定型数据进行模糊化处理，通过深度学习合成一个模糊系统，运用自适应控制技术对机床进行自动调节，实现加工效果的调整，进而达到自动控制机床加工过程的目的。

这种技术大大降低了加工过程中刀具使用寿命出现偏离所造成的质量损失，延长了刀具的有效使用寿命，提高加工质量、效率，提高企业的竞争力和利润。

4其他自适应加工技术除了通用和一般自适应加工技术以外，还有其他几种自适应加工技术，包括智能快速调制加工技术、贝叶斯自适应变刀加工技术、模态自适应加工技术、分层自适应加工技术等，它们主要应用于金属零件的加工，相比一般数控加工，大大提高加工质量，极大降低加工时间，带来非凡的经济效益。

5应用前景随着电子自动化技术的发展，自适应加工技术在数控加工领域的应用将会日益广泛，对于新材料、复杂结构批量加工，质量和精度要求较高的零件行业，将有极大的帮助和支持。

而在未来的数控加工领域，自适应加工技术将逐渐发挥更突出的作用，为数控加工技术的发展和应用带去更多的创新和机遇。

整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工翟士民，张明岐，黄明涛，潘志福，刘萌，孙超(中国航空制造技术研究院，北京100024)摘要:针对整体叶盘狭小叶栅扭曲叶型结构，采用电解旋转套料的方法进行加工。

通过计算得出旋转套料的中心轴与叶型中心轴的偏移量与偏移角度，设计加工端面电极及分体等速螺旋体水套结构，并进行了小栅距通道加工试验，实现了狭小叶栅扭曲叶型的电解旋转套料加工，得到的产品能够满足后续精密电解加工技术要求。

关键词:整体叶盘;狭小叶栅;扭曲叶型；电解套料加工；等速螺旋体水套中图分类号:TG662文献标志码:A文章编号：1009-279X(2020)06-0048-04Electrochemical Rotating Nesting Machining for the NarrowCascade Channel of BliskZHAI Shimin,ZHANG Mingqi,HUANG Mingtao,PAN Zhifu,LIU Meng,SUN Chao(AVIC Manufacturing Technology Institute,Beijing100024,China) Abstract：For the structure of the the twisted blade of narrow blade cascade of the blisk,the electrochemical rotating nesting machining method is studied.Through the calculation of the offset and direction between the center axis of the rotary sleeve and the center axis of the blade,the electrode structure of the end-face and water jacket structure of split constant velocity screw were designed,and the small pitch channel processing testing was carried out.The electrochemical rotating nesting machining of the the twisted blade of narrow cascade blade was realized,and the obtained product can meet the technical requirements of subsequent precision electrochemical machining.Key words：integral blade disk；narrow cascade；twisted blade；electrochemical nesting machining；constant velocity spiral screw航空发动机整体叶盘是将叶片和轮盘制作成一个整体，代替传统叶片榫齿、轮盘榫槽加锁片的连接结构,使零件数量大大减少，整体重量也明显减轻；同时，由于整体叶盘可消除传统叶片、轮盘结构中气流在榫头与榫槽中逸流所造成的损失，使发动机工作效率增加，从而提高了整台发动机的推重比［1］。

论坛56航空制造技术·2008 年第13 期发展大型飞机对于保障国家安全，提升国家综合实力，改变经济发展模式，促进科技进步等都具有非常重要的作用。

研制和发展大型飞机，是国家工业、科技水平和综合实力的集中体现，对增强我国的综合实力和国际竞争力具有极为重要的意义。

大飞机的技术扩散率高达60%，开展大飞机研制能够带动新材料、现代制造、先进动力、电子信息、自动控制、计算机等领域关键技术的群体突破，拉动众多高技术产业的发展。

作为大型飞机的心脏——大型发动机，其研制的技术难度和投资的风险非常高。

我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《“十一五”规划纲要》中已经把大型飞机列为重大专项工程，而且要求配装拥有自主知识产权的大涵道比涡扇发动机。

本文结合大飞机用发动机的特点对其关键制造技术作了初步探讨和分析，并对我国研制和生产大飞机用发动机提出了几点参考建议。

大飞机用发动机的性能特点所谓大飞机，是指起飞总重量超过100t 的运输类飞机，包括军用和民用大型运输机，也包括150座以上的干线客机。

大飞机的发动机应该具备高可靠性、长寿命、节能环保以及低成本运行等基本要求，在发动机的结构上，具有大涵道比、零件整体化、轻量化等特点并尽可能多地采用复合材料。

与军用战斗机发动机相比，大飞机用发动机的主要特点具体表现为：（1）安全可靠性高。

安全性主要指低的空中停车率（现已降至0.002～0.005次/1000飞行小时）。

为满足这一要求，大飞机用发动机普遍采用了较大的核心机尺寸和较低的涡轮前工作温度。

大型飞机用发动机的特点及关键制造技术Characteristics of Aeroengine for Large Aircraft and Its ManufacturingTechnology西安航空发动机（集团）有限公司马建宁西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室张定华王增强李山吴宝海国外的成功经验和先进制造技术的发展表明，我国大飞机用航空发动机的研制必须将专业的制造技术与信息技术、管理技术进行有机地结合，并将计算机技术综合应用于设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务等发动机研制的全过程。

整体叶盘叶片自动化抛光颤振抑制技术李小彪;谷雪花;徐欣【摘要】Based on automated polishing machine of blisk,the geometric surface of fluttered blade was bined with the automated polishing system of blisk blade,the flutter mechanism was described.Based on the flutter mechanism,the optimized programmingtechnology,polishing parameters and improving system rigidity were determined to solve the flutter problem.The optimized tool axis direction,polishing track,polishing parameters and filling method were obtained.After experimental verification,the flutter is solved.And the waviness average error tends to decrease,surface quality is improved greatly.The chatter marks are eliminated obviously.%基于研制的自动化抛光系统,针对整体叶盘叶片抛光加工的颤振问题,分析了颤振后叶片表面的几何形貌.结合整体叶盘叶片自动化抛光系统,阐述了抛光颤振机理.基于颤振机理确定了编程技术优化、抛光参数优化、提高系统刚性等3种抛光颤振抑制技术,获得了优化后的刀轴方向、抛光轨迹、抛光参数及工艺填充方法.经试验验证,颤振现象,叶片波纹度、平均误差、表面粗糙度等减小,表面质量得到较大提升,颤振痕迹明显消除.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】4页(P56-58,63)【关键词】整体叶盘;叶片;抛光;颤振【作者】李小彪;谷雪花;徐欣【作者单位】中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015;中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015;中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015【正文语种】中文整体叶盘是将叶片和轮盘设计为整体的新型结构件，由于减轻了零件重量、降低了气体性能损失，因而对于提升航空发动机性能具有重要作用，是提升航空发动机性能的新型结构件 [1-3]。

297管理及其他M anagement and other整体叶盘叶型数字化测量技术研究及应用王帮艳，户建军（襄阳航泰动力机器厂，湖北 襄阳 441002）摘 要：随着整体叶盘在航空发动机上的广泛应用，叶型综合误差检测技术也越来越复杂。

本文分析了整体叶盘的结构及叶型精度要求，在未配置专用叶型测量设备的情况下，采用三坐标测量机对叶片型面进行检测，通过UG 软件对采集的叶片型面数据处理，将传统的定性检测方式改进为定量检测。

操作方便，数字化程度高，通用性强，克服人为的判断误差，较好地满足了当前航空发动机发动机曲型件类产品研制阶段高精度的检测要求。

关键词：整体叶盘；型面误差；三坐标测量机；数据建模中图分类号：V263 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）08-0297-2收稿日期：2020-04作者简介：王帮艳，男，生于1972年，汉族，本科，高级工程师，研究方向：精密制造工艺，航空发动机深度修理。

整体叶盘是航空发动机中的关键零部件，叶片的几何形状和尺寸决定着发动机的工作性能，叶片的形状的精度及精度位置，对发动机的性能及安全可靠性影响较大，因此叶片型面的检测具有十分重要的意义。

整体叶盘外形结构如图1所示，它采用了整体式结构的复杂型面叶片，将工工作中的金属叶片及轮盘联为一体，省去了原有金属叶片与轮盘所使用的榫头和榫槽，从而使叶盘结构变得更为紧凑，减少了叶盘重量、零件数量和气流损失。

叶片的型面是空间自由曲面，每个截面高度的叶型轮廓形状不尽相同，并且同时呈扭转上升状，叶片的后缘部分厚度较薄，尤其是排气边半径非常小，这些特点给叶片型面检测造成了困难[1]。

在整体金属叶盘研制之初，需要给研发设计人员提供叶型加工的真实数据，必须测量出金属叶型截面坐标的偏移量及扭转误差，同时对叶盘的整体坐标偏移，叶身最小厚度处偏差、进气边和排气边圆弧误差等，以便整机性能出现偏差时为后续处理和故障分析奠定基础。

图1 整体叶盘1 需求分析在整个金属叶盘技术条件下，设计出基准通过金属叶片型，并允许叶盆及叶背的两个进气方向偏移一定数值，同时，还要允许沿着中心轴的角度进行扭转角度，从综合的角度来判断，金属叶片型面是否合格。

创新人物Innovation Character航空发动机——作为飞机的“心脏”，其关键构件的自适应精密加工技术是当前制造业研究的热点和难点，尤其薄壁构件的自适应高效高精加工技术更是当前急需解决的世界性难题。

自适应加工技术涵盖了CAD/ CAM领域中的数字化测量、工件装夹定位、曲面建模、数控加工编程等多项关键技术，能够依据当前零件的变形、零件余量的不均匀、不精确的装夹位置等及时做出调整，以适应当前零件的状态，完成特定加工。

航空发动机关键构件在加工过程中需要考虑包括刀轴控制及干涉检查、变形振动控制、表面完整性控制等“形、性、稳”问题，相关技术涉及多学科交叉应用，如何将自适应加工技术与其有效结合推广应用，对航空发动机制造业而言，具有创新性和挑战性。

西北工业大学张定华团队与西安三航动力科技有限公司和西安康迪航空技术发展有限公司长期合作，致力于航空发动机关键构件自适应精密加工理论与应用研究，并在多种航空发动机型号的研制与批产中承担了大量的研究应用工作，尤其在发动机各类整体叶盘、大型风扇、大小叶片转子等复杂结构产品的研制中取得了大量的理论成果与实践经验，先后承担了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项、型号工程空心风扇叶片制造技术、国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国防基础预研项目、教育部重大项目、博士点研究基金、航空科学基金等数十项研究课题。

在钛合金整体叶盘和叶片表面完整性控制、自适应加工技术、复杂工艺系统建模、复杂曲面零件多轴联动抛光技术与装备等方面具有良好的理论基础与技术储备。

项目组完成的“航空发动机整体叶盘高效精密数字化冷工艺制造技术研究与工程应用”于2006年获国家科技进步二等奖、国防科学技术一等奖，同年入选中国高校十大科技进展。

近年来，张定华团队主要针对典型复杂薄壁关键构件，开展了弱刚性复杂薄壁构件加工变形机理及工艺控制方法、宽弦空心风扇叶片自适应加工方法、焊接/修复整体叶盘自适应加工方法、近净成形/修复叶片自适应加工方法、涡轮叶片激光打孔自适应加工工艺方法等研究，开发了与之匹配的自适应加工工艺软件系统，形成了复杂薄壁构件加工变形控制及自适应加工相关标准和基础数据，提高了复杂薄壁构件的加工精度和加工效率；针对整体叶盘手工抛光存在的效率低、叶型一致性差、叶片精度难以保证等问题，开展了基于型面曲率变化的接触轮形变量与砂带抛光区域压力的映射关系等研究，建立了基于抛光力与运动进给控制的数控柔性抛光机理与方法，提出了基于抛光区域压力稳定性控制的微位移自适应精确控制方法，实现了整体叶盘的自动化高质量抛光；针对航空发动机关键重要转动构件，开展了难加工材料表面完整性建模及检测方法、精密切削与磨削表面完整性及抗疲劳机理、热/应力耦合作用的抗疲劳机理、多工艺复合抗疲劳加工工艺方法等研究，揭示了热/应力耦合作用的疲劳失效机制，掌握了叶片和叶盘类关键重要转动构件的抗疲劳机理，初步建立了多工艺复合抗疲劳加工技术原理和工艺方法，形成了叶片和叶盘类关键重要转动构件的表面完整性检测和抗疲劳加工相关标准和规范，改善了此类零件制造过程中寿命短、可靠性差、形似而神不似等问题。

智能加工技术借助先进的检测、加工设备及仿真手段，实现对加工过程的建模、仿真、预测，对加工系统的监测与控制；同时集成现有加工知识，使得加工系统能根据实时工况自动优选加工参数、调整自身状态，获得最优的加工性能与最佳的加工质效。

张定华西北工业大学机电学院院长，现代设计与集成制造技术教育部重点实验室主任，教授，博士生导师，主要研究方向为高速切削工艺、航空复杂零件的高效精密数控加工、智能加工及无损检测等。

智能加工技术的发展与应用西北工业大学 张定华　罗　明　吴宝海　唐　明中航工业西安航空动力控制公司 齐国宁 Development and Application of Intelligent Machining Technology智能加工技术概念1　智能加工问题的提出在生产实践中，数控加工过程并非一直处于理想状态，而是伴随着材料的去除出现多种复杂的物理现象，如加工几何误差、热变形、弹性变形以及系统振动等。

加工过程中经常出现的问题是，使用零件模型编程生成的“正确”程序，并不一定能够加工出合格、优质的零件。

正是由于上述各种复杂的物理现象，导致了工件的形状精度和表面质量不能满足要求。

在产品的生产制造中，一旦加工过程设计或工艺参数选择不合理，就会导致产品加工表面质量差、设备加工能力得不到充分发挥，同时机床组件及刀具的使用寿命也会受到影响。

产生上述问题的原因在于，传统加工过程中，经常只考虑了数控机床或者加工过程本身，但缺乏对机床与加工过程中交互作用机理的综合理解。

而这种交互作用又经常产生难以预知的效果，大大增加了加工过程控制的难度。

为解决上述问题，必须变革传统的理念，将机床与加工过程一起考虑，对交互作用进行建模与仿真，进而优化加工过程、改进加工系统设计，减少加工过程中的缺陷。

同时，借助先进的传感器技术和其他相关技术装备数控机床，对加工过程中的工况进行及时的感知和预测，对加工过程中的参数与加工状态进行评估和调整，达到经济有效提升形状精度与表面质量的目的。

自适应加工技术在数控加工领域的分类与应用近年来，自适应加工技术在数控加工领域的应用取得了长足的进步，使得自适应加工技术得到广泛的使用。

自适应加工技术是指利用加工机床中安装的数控设备，采用自适应调整机构和自适应控制系统，让加工机床自动调节参数，实现加工质量的稳定性和机床能耗的效率，以实现质量优化和节能减排。

自适应加工技术可以分为五大类：自适应调整技术、自适应对扭技术、自适应控制技术、自适应跟踪技术、以及自适应参数实时调节技术。

自适应调整技术的应用范围比较广，它可以用于自动调整加工参数，实现质量优化。

通过自适应调整技术，加工机床可以根据工件质量需求，自动调整参数，以达到加工质量的稳定性，从而提高工件的质量。

自适应对扭技术是一种能够根据工件变形实现加工参数实时调节的技术，它可以保持工件表面几何形状的精确性和精度，使得加工精度大大提高。

此外，自适应对扭技术还能够节约加工时间，大大提高再加工的效率。

自适应控制技术是根据加工机床的运动状态和参数实时调整控制系统的一种技术，可以使得加工机床在变化环境下实现较好的加工效果。

自适应控制技术也可以实现节能减排，也能够提高加工精度和稳定性。

自适应跟踪技术可以实现跟踪加工的机器技术，可以自动调节加工轨迹，从而使得加工精度和稳定性得到大大提高。

此外，它还可以实现将技术运用于精密零件的生产，提高生产的精度和效率。

最后，自适应参数实时调节技术是一种能够实时调节加工参数以实现加工精度的技术，可以实时调节加工参数，从而实现精确的加工质量。

自适应加工技术在数控加工领域的应用，可以提高加工质量，节约能耗，还可以实现加工精密零件和复杂零件，从而大大提高工件的质量。

在加工过程中，该技术不仅可以节约能耗，而且可以提高加工质量，从而使得企业的能效水平更高，更有利于实现企业可持续发展。

总结而言，自适应加工技术应用于数控加工领域有着重要的意义，它可以节约能源，提高加工质量，实现加工精度，更有利于降低成本，提高效率，从而推动数控加工技术的可持续发展。

数控机床负载自适应加工控制系统研究针对叶片、叶盘等复杂结构件的加工特点，开发了一套嵌入式的自适应加工控制系统。

该控制系统以机床主轴负载为约束目标，以机床的进给倍率为控制对象，实现机床切削加工的自适应加工控制，设计良好的人机交互界面实现控制系统与实际加工的集成。

试验结果说明，所设计的嵌入式自适应加工控制系统在加工过程中具有良好的控制效果，可以保护机床和刀具。

自适应加工控制系统；增量式PID控制；同步动作；主轴负载1前言在叶片、叶盘等零件的叶缘加工部位曲率大，在加工过程中，由于刀尖进给编程造成直线轴和旋转轴速率的突变，影响加工质量。

因此针对叶片、叶盘等复杂结构件的加工特点，降低加工负载波动，展开数控机床自适应加工控制系统的开发具有很大的工程应用价值。

选择适宜的优化约束目标和信号反应方法是智能加工控制的关键，在数控切削加工过程中，采用以进给速率为控制对象的自适应控制技术得到了广泛的应用。

文献开发了基于主轴功率/负荷信号反应的自适应控制器，用模糊控制方法实现进给倍率的在线调整，从而保护刀具、提高加工效率。

以色列OMAT公司研发的自适应控制系统，在加工过程中，实时监测主轴功率的变化，及时调整进给率，在保护刀具、主轴平安的同时能将切削效率提高33%【5】。

上述研究普遍采用了附加外置传感器和控制器的方法来实现机床智能控制，存在本钱高、安装调试复杂等问题。

而现代开放式数控系统因其具有开放的软硬件接口，已经允许用户获取数控机床内部传感器的信息并进行相应的二次开发【6】。

基于内置传感器来实现机床自适应加工控制的研究相对较少。

因此，利用开放式数控机床的特点开发一套嵌入式的自适应加工控制系统，将有助于切削自适应加工的研究与推广应用。

2控制系统设计本文基于西门子828D数控系统平台，应用其内置传感器及NC同步动作子程序开发原理，设计开发一套基于内置传感器的自适应加工控制系统。

该控制系统以机床主轴负载为约束目标，以机床的进给倍率为控制对象来实现机床切削加工的自适应加工控制，并设计良好的人机交互界面来实现控制系统与实际加工的集成。