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2023年 第66卷 14期
刊出日期:2023-07-15

封面文章
专稿
本期目录
本期封面
本期电子刊
论坛——难加工材料高效高质加工
专题——柔性装配
专题——视觉检测
 
       本期封面
1 本期封面
2023 Vol. 66 (14): 1-1 [摘要] ( 21 ) HTMLNew PDF (1099 KB)  ( 70 )
       本期电子刊
1 本期电子刊
2023 Vol. 66 (14): 1-155 [摘要] ( 38 ) HTMLNew PDF (16945 KB)  ( 63 )
       本期目录
6 本期目录
2023 Vol. 66 (14): 6-8 [摘要] ( 23 ) HTMLNew PDF (564 KB)  ( 39 )
       专稿
14 难加工金属材料超低温冷却加工表面完整性研究进展
王永青,左月帅,韩灵生,姜少玮,李建明,刘阔,刘海波
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.014
超低温冷却加工是一种在材料切削过程中采用液氮等超低温介质进行冷却的清洁加工技术。该技术被广泛应用于航空航天等领域的难加工金属材料加工,以改善这些材料常规冷却加工时冷却效能不足、加工质量较差等问题。为了阐明超低温冷却加工对难加工金属材料表面完整性的影响,本文综述了这类材料表面粗糙度、微观形貌、微观结构、显微硬度、残余应力等在不同冷却条件下变化规律分析的研究进展。结果表明,超低温冷却介质可带走大量切削热并降低刀具磨损,进而减小加工表面粗糙度、抑制表面缺陷、促进晶粒细化、提高显微硬度、增大残余压应力等。最后,对超低温冷却加工表面完整性研究进行了总结,并展望了未来需要开展的研究工作。
2023 Vol. 66 (14): 14-25 [摘要] ( 71 ) HTMLNew PDF (12902 KB)  ( 151 )
       封面文章
26 未来大型客机发展方向及关键设计技术研究
雷国东,徐悦
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.026
未来大型客机将会朝着新能源化、低能耗化及超声速化方向发展,并涉及这3 个方向的综合应用。大型客机新能源化主要是指绿色低碳能源的应用,包括常温液态可持续航空燃料(Sustainable aviation fuels,SAF)、低温液氢或液化甲烷燃料等。大型客机低能耗化发展包括节能气动布局与节能推进技术以及两者的综合应用,节能气动布局包括大展弦比布局与翼身融合布局等;节能推进技术包括超大涵道比加齿轮传动涡扇推进与低噪声桨扇推进技术等;布局与推进综合应用包括边界层吸入式推进、分布式推进等。超声速化大型客机主要包括各种马赫2~3 量级的低阻低声爆的大型超声速客机及未来水平起降大型高超声速客机,声爆抑制、解决大型客机布局与推进的高低速设计矛盾等成为关键设计技术。大型客机的新能源化与低能耗化趋势是基于全球石油能源危机与全球变暖及导致的极端气候应对措施“绿色低碳”倡议与行动而得出,需要分别从改变能源的“类型”与“数量”方向降低化石碳排放;而超声速化趋势是基于人类对高速交通工具的迫切需求以及地面轨道交通工具高速化对航空制造业和航空运营企业带来的竞争压力,以及跨洲跨洋高速交通需求等问题而归纳的。本文通过对大型客机的替代能源、低能耗设计、超声速化的发展趋势和关键技术进行阐述,为未来民用航空的发展提供新的思路。
2023 Vol. 66 (14): 26-37 [摘要] ( 76 ) HTMLNew PDF (5848 KB)  ( 385 )
       论坛——难加工材料高效高质加工
40 陶瓷基复合材料多能场辅助高效低损伤铣削加工工艺
安庆龙,李晗,陈杰,明伟伟,陈明
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.040
陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、各向异性和非均质性的特点,导致其在加工过程中刀具磨损严重,加工质量差,加工效率低。对经过激光烧蚀处理的试样进行铣削加工,证明了铣削粉末状烧蚀产物时几乎不产生力和热量。利用有限元仿真并进行单向超声振动辅助铣削,发现超声振动辅助铣削工艺可以在不降低加工效率的前提下实现陶瓷基复合材料低损伤切削加工。提出了激光烧蚀与超声振动辅助铣削的组合加工工艺。基于加工质量、加工效率、刀具成本等多维指标对铣削加工策略进行综合评价。激光烧蚀+ 超声振动辅助铣削策略可以获得质量更好的已加工表面,同时加工时间少,刀具成本低,综合来看是可以实现陶瓷基复合材料高效低损伤铣削加工的工艺方案。
2023 Vol. 66 (14): 40-51 [摘要] ( 65 ) HTMLNew PDF (19400 KB)  ( 83 )
52 基于等效刃型矢量法的钛合金螺旋铣孔切削力机械模型研究
周兰,安国升,李光奇,朱宗孝,冯照和
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.052
为了准确预测钛合金螺旋铣孔过程中多齿复杂刃型专用刀具瞬时切削力的变化规律,采用等效刃型矢量法建立专用刀具的切削力机械模型。通过分析螺旋铣孔运动学特征,实现任意切削点运动轨迹的数学描述; 对刀具在稳定加工阶段产生的未变形切屑与加工表面进行几何仿真分析; 根据双刃切削原理,计算端刃的等效刃长及其未变形切屑的切削深度与切削宽度,同时结合侧刃的切削力分析,构建整体切削力机械模型;最后,通过试验标定切削力模型系数,实现切削力仿真值预测。结果表明,该仿真值能够准确预测专用刀具的瞬时切削力变化规律,说明等效刃型矢量法是实现螺旋铣孔切削力建模中的有效途径。
2023 Vol. 66 (14): 52-58 [摘要] ( 36 ) HTMLNew PDF (3013 KB)  ( 72 )
59 难加工材料超高速磨削亚表面损伤研究
郭塞,江庆红,刘昊,卢守相,张璧
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.059
航空航天领域关键零部件往往采用高性能难加工材料制成,极差的可磨削性使得材料的高质高效加工成为难以突破的瓶颈。本文提出采用超高速磨削方法解决上述问题,并针对多种具有代表性的航空航天领域工程材料,包括钛合金、镍基高温合金、反应烧结碳化硅及铝基碳化硅开展超高速磨削试验,对材料表面完整性进行了表征和分析讨论。结果表明,超高速磨削可提高工件表层材料的应变梯度和温度梯度,改善难加工金属、陶瓷、复合材料的可磨削性,降低亚表面损伤深度,提高材料去除效率。本文的探索性研究为航空航天难加工材料零部件的高质高效加工提供了一条可行的技术路线,具有广阔的应用前景。
2023 Vol. 66 (14): 59-71 [摘要] ( 49 ) HTMLNew PDF (70531 KB)  ( 38 )
72 超声纵振辅助螺旋铣削内壁形貌预测模型
徐捷,冯平法,颜键辉,张建富,许超,马原,冯峰
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.072
超声纵振螺旋铣削工艺可以显著提高加工质量,然而其复杂运动学关系会导致已加工表面产生较之于传统螺旋铣削更为复杂的形貌。为了对这一工艺生成的孔内壁加工表面进行形貌预测和规律提炼,本文提出了超声纵振螺旋铣削的表面形貌预测模型及其可视化方法,并设计了验证试验,对波浪纹织构、尖峰、分割层3 类典型表面特征进行对比,发现仿真和试验的吻合度良好。随后,本文利用该模型评估了振幅、转速、公转进给和切向进给对表面形貌的影响。研究结果表明,超声振动的振幅导致侧壁形成的波浪纹形貌,且主轴转速的增大导致了波浪纹织构变得稀疏。此外,切向每齿进给、每公转轴向进给和公转进给速度分别决定了斜向尖峰带的高度、分割层的间距和形貌的凸起高度。
2023 Vol. 66 (14): 72-79 [摘要] ( 42 ) HTMLNew PDF (9871 KB)  ( 28 )
80 芳纶纸蜂窝芯结构件加工技术研究与应用进展
周进,袁信满,陈杰,胡智钦,张也,陈保林,罗潘,侯珺森
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.080
芳纶纸蜂窝芯材料是一类具有轴向比强度和比刚度高、轴向抗压能力强等优异性能的轻量化材料,在众多先进飞机、卫星、汽车中具有广泛应用,尤其是作为重要的轻量化结构件广泛应用于飞机的襟翼、舱门、地板等部位。在材料成型后,机械加工是必备的重要环节,以获得高精度的轮廓外形尺寸和装配特征。但芳纶纸蜂窝芯软质、脆性、非连续、薄壁等特性造成其加工难度极高。为解决极具挑战的加工难题,国内外研究团队进行了广泛且深入的探索,以实现芳纶纸蜂窝纸芯结构件高质高效加工。本文对芳纶纸蜂窝芯加工机理进行分析概述,系统性归纳总结蜂窝芯结构件加工固持方法、加工刀具、加工装备和加工工艺,介绍在典型结构件加工中的应用,并对未来发展方向进行展望。
2023 Vol. 66 (14): 80-99 [摘要] ( 46 ) HTMLNew PDF (50596 KB)  ( 55 )
100 外涵对开机匣精密高效加工工艺研究
张世贵,张晟玮,陈鹏飞,王灿,王宇航,王国名,孙剑飞
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.100
机匣的加工质量对航空发动机制造和使用性能极为重要,其中对开机匣由于自身的分割式结构导致其加工工序繁冗,加工质量难以控制。本文以高精度、高效率两项优化指标为重点对对开机匣加工工艺流程展开研究,结合材料特点及结构特点总结分析钛合金外涵对开机匣的加工难点,针对重点加工难点设计工艺方案,包含高精度加工设备的选择、各工序工装夹具的选择及刀具选择与工艺参数的设定等。在此基础上重点关注特征复杂的机匣外型面铣削加工过程,对其加工区域进行划分,完成不同工序铣削方式及数控走刀路线的确定,最终对切削过程进行模拟仿真,获得完备细化的加工工艺流程。经实际零件加工验证,优化后的工艺在加工精度和加工效率方面都有所提升。本文从工艺路线及切削参数等方面进行研究,有效减小了零件加工变形,获得外涵对开机匣加工的精密高效加工方法,为大型环形对开薄壁零件的加工提供一定的经验。
2023 Vol. 66 (14): 100-106 [摘要] ( 48 ) HTMLNew PDF (8492 KB)  ( 50 )
       专题——柔性装配
108 基于滑模控制的球头自适应入位技术
张忠清,李泷杲,刘洋
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.108
固连在飞机结构上的工艺球头准确落入数控定位器末端球窝是飞机结构进行调姿对接的前提。针对大型构件难以准确入位的难题,本文提出一种基于滑模控制的球头自适应入位方法。首先对三维力传感器输出做限幅和FIR 混合滤波处理以提高其测量精度;然后构建力引导的定位器驱动模型,基于滑模理论设计力控制器并根据Lyapunov 稳定判据检验其设计合理性;接着在Simulink 环境下搭建基于滑模控制的球头入窝模型,仿真结果显示,设计的力反馈控制系统无振荡且响应速度快;最后以某机身模拟件进行试验验证,试验结果满足设计的球头低应力入位要求,验证了该方法的有效性。
2023 Vol. 66 (14): 108-117 [摘要] ( 44 ) HTMLNew PDF (1801 KB)  ( 161 )
118 弱刚性薄壁件夹具布局优化方法研究概述
王张浩,李东升,翟雨农
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.118
弱刚性薄壁件因其重量轻、强度高等特点被大量应用于航空航天、汽车等工业领域,但是同时也存在厚度小、刚性弱,在制造过程中极易发生变形的缺点。而夹具布局设计是减少薄壁件制造变形、保证其制造质量的一个非常重要的因素。传统的薄壁件夹具布局设计依赖于工程师的直观判断和经验积累,速度慢、成本高、设计随意性大。随着计算机技术的不断提高,国内外学者先后应用有限元仿真、数学规划、智能优化算法以及代理模型等理论和方法对薄壁件夹具元件的布局进行优化设计,取得了大量研究成果。根据目标函数的建模方法以及所使用的优化算法对相关研究进行了系统的分类讨论,并详细分析了各个建模方法和优化算法的优缺点。最后对弱刚性薄壁件夹具布局优化方法的相关研究进行总结,并提出了相应的研究建议。
2023 Vol. 66 (14): 118-135 [摘要] ( 67 ) HTMLNew PDF (3364 KB)  ( 225 )
       专题——视觉检测
136 面向航空发动机油路密封管件的高鲁棒性视觉定位算法研究
崔俊佳,刘枭,赖铭,王绍螺,蒋浩,李光耀
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.136

航空航天行业零部件种类繁多、定制化程度高,难以进行定位夹具的开发。视觉定位技术是智能制造中的 关键一环,该技术基于机器视觉确定工件位置,不需要定位夹具,能够被广泛运用于各种工况。但现有视觉定位算法 只适用于少数种类的零件,泛用性不高。本文提出了一种基于YOLOv5s 目标检测网络和Siamese 孪生网络的新型 视觉定位算法(YOLO–Siamese 变化检测网络)。网络引入ConvDiff(卷积差分)模块来提升变化检测网络的特征 提取效果,并采用半监督学习方法对模型进行训练。试验表明,在没有使用目标工件数据集的条件下,算法在验证集 上的AP@0.5达到了99.3%,AP@0.5 :0.95 达到了89.6%,单帧推理时间为16.13 ms。该算法无需目标工件数据、定 位精度高、运算速度快,提高了视觉定位算法的鲁棒性和泛用性。

2023 Vol. 66 (14): 136-142 [摘要] ( 34 ) HTMLNew PDF (2706 KB)  ( 161 )
143 基于机器视觉的铣刀磨损在机检测方法
彭锐涛,丁珑,赵林峰,陈美良,高江雄,刘嘉晨
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.14.143
为了解决采集图像时相机与旋转铣刀刀刃位置不确定的问题及提高图像处理的时效性,提出了一种基于机器视觉的铣刀磨损在机检测方法。根据结构相似性算法判断刀具图像质量,并引入图像采集间隔角度系数,确定了图像采集间隔角度与主轴转速。采用加速段特征测试(Features from accelerated segment test,FAST)算法实现了对刀具磨损区域快速、准确地自适应裁剪。基于FAST 特征点提出了自适应阈值分割方法,有效提取出磨损区域边缘。采用Hough 变换和最小外接矩形法,实现了对主切削刃倾斜角度的校正,进而提取出磨损区域B 区的平均宽度。最后开展了铣削试验,在16 组试验中,计算值与真实值的最大、最小和平均误差分别为4.76%、0.91%、3.63%。试验结果表明,该方法可在主轴旋转时获取所有铣刀磨损区域的高质量图像,进而高效、准确地提取磨损参数。
2023 Vol. 66 (14): 143-152 [摘要] ( 40 ) HTMLNew PDF (8215 KB)  ( 111 )
  编辑部公告
22 《航空制造技术》入编中国科协《航空航天领域高质量科技期刊分级目录(2023版)》
22 《航空制造技术》入编《中文核心期刊要目总览》2023版
22 《航空制造技术》入选中国科技核心期刊
22 《航空制造技术》入选WJCI科技期刊世界影响力指数报告(2023)来源期刊
22 《航空制造技术》被中国科学引文数据库(CSCD)核心库收录
22 “编读往来”栏目邀您建言献策
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主管:中国航空工业集团有限公司
主办:中国航空制造技术研究院
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邮编:100024
电话:010-85703109/3877-291
在线投稿:http://www.amte.net.cn
国际标准刊号:ISSN1671-833X
国内统一刊号:CN11-4387/V
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