中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (10): 2586-2593.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.10.021
收稿日期:2025-05-18
出版日期:2026-10-25
发布日期:2026-11-10
通讯作者:
孙玉文
作者简介:李佳奇,男,2000年生,硕士研究生。研究方向为航空薄壁件数控加工技术。E-mail: 15834123428@163.com基金资助:
LI Jiaqi(
), QI Shutao, ZHENG Shucai, SUN Yuwen(
)
Received:2025-05-18
Online:2026-10-25
Published:2026-11-10
Contact:
SUN Yuwen
摘要:
在航空薄壁腔体类构件数控铣削加工过程中,由于材料去除量大,导致型腔腹板等部位加工时刚性不足,极易产生颤振和加工精度下降等问题,同时,一些悬空腹板等加工部位也难以采用辅助支承和外部抑振装置。提出了一种基于工艺特征结构优化的薄壁腔体构件数控加工刚度增强策略。对薄壁腔体构件薄弱区域进行了动态特性分析,基于振动响应幅值设计出工艺特征结构;基于响应曲面法进行了工艺特征结构优化设计,通过有限元和模态试验验证了响应曲面函数的准确性,优化后结构的一阶固有频率提高36.7%,中心点振动幅值降低70.26%;提出了适用于工艺特征结构的粗精混合铣削加工方法,生成了针对工艺特征结构的刀具轨迹。试验结果表明,所提出的刚度增强加工策略能够有效避免颤振和提高加工表面质量。
中图分类号:
李佳奇, 齐书韬, 郑书材, 孙玉文. 基于工艺特征结构优化的薄壁腔体构件数控加工刚度增强方法[J]. 中国机械工程, 2026, 37(10): 2586-2593.
LI Jiaqi, QI Shutao, ZHENG Shucai, SUN Yuwen. Stiffness Enhancement Method for Thin-walled Cavity Components in CNC Machining Based on Process Feature Structure Optimization[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(10): 2586-2593.
| 区域 | 径向切深/mm | 加工时间/s |
|---|---|---|
| A-Ⅰ | 4 | 234 |
| B-Ⅰ | 6 | 530 |
| A-Ⅱ | 4 | 791 |
| B-Ⅱ | 6 | 1218 |
| A-Ⅲ | 4 | 2298 |
表1 各区域径向切深及加工时间
Tab.1 Radial cutting depth and machining time for each area
| 区域 | 径向切深/mm | 加工时间/s |
|---|---|---|
| A-Ⅰ | 4 | 234 |
| B-Ⅰ | 6 | 530 |
| A-Ⅱ | 4 | 791 |
| B-Ⅱ | 6 | 1218 |
| A-Ⅲ | 4 | 2298 |
| 模型 | 固有频率/Hz | |
|---|---|---|
| 有限元分析 | 优化前 | 624 |
| 优化后 | 858 | |
| 锤击试验 | 优化前 | 663 |
| 优化后 | 906 | |
表2 试验与有限元分析结果
Tab.2 Experimental and finite element analysis results
| 模型 | 固有频率/Hz | |
|---|---|---|
| 有限元分析 | 优化前 | 624 |
| 优化后 | 858 | |
| 锤击试验 | 优化前 | 663 |
| 优化后 | 906 | |
| 加工方法 | 主轴转速/ (r·min | 径向切深/mm | 每齿进给/mm | 轴向切深/mm | |
|---|---|---|---|---|---|
等距 偏置 刀轨 | 粗加工 | 1200 | 6 | 0.07 | 1.0 |
| 精加工 | 1000 | 4 | 0.05 | 0.5 | |
粗精 混合 刀轨 | 粗加工 | 1200 | 6 | 0.07 | 1.0 |
| 精加工 | 1000 | 4 | 0.05 | 0.5 | |
表3 各加工方式加工参数
Tab.3 Machining parameters for each machining method
| 加工方法 | 主轴转速/ (r·min | 径向切深/mm | 每齿进给/mm | 轴向切深/mm | |
|---|---|---|---|---|---|
等距 偏置 刀轨 | 粗加工 | 1200 | 6 | 0.07 | 1.0 |
| 精加工 | 1000 | 4 | 0.05 | 0.5 | |
粗精 混合 刀轨 | 粗加工 | 1200 | 6 | 0.07 | 1.0 |
| 精加工 | 1000 | 4 | 0.05 | 0.5 | |
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