基于动态加工特征的复杂曲面加工方法

发布时间：2017-10-24 23:22

  本文关键词：基于动态加工特征的复杂曲面加工方法

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【摘要】：飞机进气道鼓包、翼身融合曲面等大量复杂曲面,其复杂的几何特性及苛刻的加工要求往往导致曲面在不同区域内对应不同的优化加工策略,无法基于单个加工区域实现高质量、高效率加工。针对以上问题,本文对基于动态加工特征的复杂曲面加工方法进行了深入研究,主要成果如下:(1)提出了复杂曲面动态加工特征建模方法。针对现有加工特征不支持复杂曲面分区优化加工的问题,研究了复杂曲面分区优化加工策略,复杂曲面分区随加工阶段、制造资源及加工要求的变化而动态变化,称之为复杂曲面动态加工特征。针对现有基于纯量或向量的曲面分区方法仅能得到局部优化解的问题,建立了曲面任意点处优化目标函数的二阶张量,并基于张量场的三分退化点确定多个加工区域相交点,进而以相交点为起点、以最优进给方向为切向构造曲面内部边界,实现了复杂曲面动态加工特征建模,为复杂曲面分区优化加工奠定了理论和技术基础。(2)提出了基于切宽张量的复杂曲面分区加工方法。针对基于现有二维刀具有效切削轮廓难以直接给出切宽张量的问题,将通用回转体刀具在曲面上一点沿各进给方向运动时不断变化的二维刀具有效切削轮廓转换为一个在绝对坐标系中不变的三维连续曲面,称之为刀具有效切削曲面。定义了刀具有效切削曲面与零件曲面的法向逼近距离,给出了法向逼近距离的张量模型,并证明了在给定切触点处,刀具沿不同进给方向运动时的切宽与其密切平面内的法向逼近距离呈正比,进而给出了切宽张量,实现了基于切宽张量的复杂曲面加工区域划分及分区刀轨计算。(3)提出了面向复杂曲面数控加工的云制造框架。针对现有云制造框架对复杂零件制造工艺知识保护不足的问题,将制造服务的封装由云端转移至制造服务供应商内部,将制造服务的索引信息存储于云端,而制造服务中的制造工艺信息存储于制造服务供应商内部。针对制造资源及加工要求不确定的问题,构建了开放式复杂曲面动态加工特征Function Block,支持加工特征数量的动态变化,实现了复杂曲面在制造资源及加工要求不确定环境下的自适应工艺规划。(4)基于以上研究开发了基于动态加工特征的复杂曲面加工原型系统,并结合具体实例进行了应用验证。
【关键词】：数控加工 复杂曲面 动态加工特征 张量 云制造
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注释表14-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 研究背景和研究意义16-17
• 1.2 国内外相关研究综述17-23
• 1.2.1 加工特征定义与建模17-20
• 1.2.1.1 加工特征定义17-18
• 1.2.1.2 加工特征建模18-20
• 1.2.2 复杂曲面分区优化加工方法20-21
• 1.2.3 面向云制造的自适应工艺规划21-23
• 1.2.3.1 云制造模式21-22
• 1.2.3.2 面向制造资源及加工要求不确定的自适应工艺规划22-23
• 1.3 论文内容与章节安排23-25
• 第二章 复杂曲面动态加工特征建模方法25-46
• 2.1 加工特征定义的难点25-26
• 2.2 复杂曲面加工特征26-28
• 2.3 复杂曲面中间状态特征28-29
• 2.4 复杂曲面动态加工特征29-32
• 2.5 基于张量的复杂曲面动态加工特征建模方法32-44
• 2.5.1 基于张量的曲面分区方法33
• 2.5.2 优化目标函数的二阶张量33-36
• 2.5.2.1 单目标优化情况33-35
• 2.5.2.2 多目标优化情况35-36
• 2.5.3 基于张量场的曲面加工区域划分方法36-44
• 2.5.3.1 二阶张量场中的退化点36-38
• 2.5.3.2 基于双线性插值的三分退化点搜索方法38-40
• 2.5.3.3 曲面内部边界构造方法40-44
• 2.6 本章小结44-46
• 第三章 基于切宽张量的复杂曲面分区加工方法46-64
• 3.1 复杂曲面端铣加工切宽张量构建的难点46-48
• 3.2 复杂曲面端铣加工切削宽度张量48-56
• 3.2.1 刀具有效切削曲面49-52
• 3.2.2 复杂曲面端铣加工切削宽度张量52-56
• 3.3 基于切宽张量的复杂曲面分区及轨迹计算56-63
• 3.3.1 球头刀端铣复杂曲面切削宽度张量56-59
• 3.3.2 基于切宽张量的曲面分区和刀轨计算59
• 3.3.3 应用实例59-63
• 3.4 本章小结63-64
• 第四章 基于最大进给速度张量的复杂曲面分区加工方法64-76
• 4.1 复杂曲面端铣加工进给速度优化的难点64-65
• 4.2 机床运动学曲面65-67
• 4.3 基于机床运动学特性的最大进给速度张量67-70
• 4.3.1 以机床各运动轴速度上限为约束的最大进给速度张量67-68
• 4.3.2 以机床各运动轴加速度上限为约束的最大进给速度张量68-70
• 4.4 基于最大进给速度张量的曲面分区加工轨迹计算70-75
• 4.4.1 基于最大进给速度张量的曲面加工区域划分70-72
• 4.4.2 基于最大进给速度张量的曲面分区刀轨计算72-74
• 4.4.3 应用实例74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 面向复杂曲面数控加工的云制造框架76-91
• 5.1 复杂零件云制造的不足和难点76-77
• 5.2 面向复杂曲面数控加工的云制造框架77-81
• 5.2.1 框架构建77-80
• 5.2.2 制造服务类型80-81
• 5.3 复杂曲面动态加工特征FUNCTION BLOCK81-90
• 5.3.1 SDMF-FB的构成82-87
• 5.3.1.1 曲面加工特征Function Block82-84
• 5.3.1.2 中间状态特征Function Block84-85
• 5.3.1.3 目标曲面Function Block85
• 5.3.1.4 工艺方案Function Block85-87
• 5.3.2 SDMF-FB87-90
• 5.4 本章小结90-91
• 第六章 系统开发与实现91-98
• 6.1 系统框架91-92
• 6.2 系统功能与运行实例92-97
• 6.3 本章小结97-98
• 第七章 总结与展望98-100
• 7.1 总结98-99
• 7.2 展望99-100
• 参考文献100-109
• 致谢109-111
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文111-113

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本文编号：1091028