小角度圆弧零件的半径测量和圆心定位方法研究

发布时间：2020-10-08 17:26

　　随着航空工业制造技术的发展和进步,在航空发动机零件生产过程中需要进行小角度圆弧零件的精密测试。例如在零件生产过程中需要很多的大型工装或者夹具,这些工装或者夹具上有时会有圆弧段较短半径较大的圆形基准,这些基准需要通过三坐标来测量其半径的大小,甚至有时候需要定位缺失圆的圆心,相对于其他测量基准的位置,有时还需要测量两个缺失圆的同心度。虽然人们不断进行着测量系统精度的提高与测试软件的开发,昂贵的投入仅仅取得了有限的效果。本文针对小角度圆弧零件的半径测量和圆心定位等问题,开展基于三坐标测量机的有效测量方法的研究,以期为小角度圆弧零件测量提供新的检测途径和精度评估方法。本文首先对小角度圆弧零件测量方法及其在国内外的应用情况进行综述,然后根据四-八级静止叶片T型板的实际测量需求分析,深入研究典型基于三坐标测量机的测量方法,分析了测量精度、测量不确定度以及它们的适用范围,针对典型测量方法,如弓高弦长法、扫描数据拟合法、半径确定的坐标系平移法等方法进行了理论分析和数学模型的构建。其次在理论的指导下进行实验验证,确定了标准环规等精度较高的圆弧形状实验件,制定实验进行的步骤以及顺序,然后根据不同的测量方法处理相应的实验数据,并对各种方法进行系统的分析和对比,指出在特定条件下应该使用哪一种方法,给实际的生产应用提供理论的指导。在此基础上,为了满足四-八级静止叶片T型板的测量精度需求,提出了各种测量方法组合使用的综合测量方案,提升实际应用中小角度圆弧零件的测量精度。最后,将研究结果应用于涡轮风扇发动机的四级-八级静止叶片的生产以及装配过程中,解决生产现场的尺寸以及形状误差检测难题,同时也保证了装配的可靠性,缩短了四级-八级静止叶片T型板加工周期以及整个四级-八级静止叶片扇形段的装配周期。研究结果对涡轮风扇发动机的四级-八级静止叶片扇形段的生产以及装配过程都有非常重要的意义。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V263.13
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外相关技术研究现状
        1.2.1 测量技术及三坐标测量机发展状况
        1.2.2 小角度圆弧零件计量技术现状
    1.3 研究内容及技术路线
    1.4 论文的主要构成
    1.5 本章小结
2 航空发动机高压四级-八级静止叶片扇形段的加工和装配过程中的测量需求分析
    2.1 四级-八级静止叶片扇形段的加工和装配情况
    2.2 四级-八级静止叶片扇形段的加工和装配过程介绍
        2.2.1 四级-八级静止叶片扇形段的组成
        2.2.2 四级-八级静止叶片T型板的现行测量方法和测量问题
    2.3 测量需求的分析与测量方案的精度评估
    2.4 本章小结
3 小角度圆弧零件的半径测量和圆心定位方法研究
    3.1 测量方法的数学模型
        3.1.1 弓高弦长法
        3.1.2 扫描数据拟合法
        3.1.3 半径确定的坐标系平移法
    3.2 各种测量方法的误差分析
        3.2.1 弓高弦长法的测量误差分析
        3.2.2 扫描数据拟合法和半径确定的坐标系平移法的误差分析
    3.3 测量方法的研究及其步骤
        3.3.1 弓高弦长法实验步骤
        3.3.2 最小二乘拟合法实验步骤
        3.3.3 固定半径拟合法实验步骤
        3.3.4 最小间隔拟合法实验步骤
        3.3.5 最大内切拟合法实验步骤
        3.3.6 最小外接拟合法实验步骤
        3.3.7 半径确定的坐标系平移法实验步骤
    3.4 小角度圆弧零件的半径测量和圆心定位实验数据验证及对比分析
        3.4.1 同一测量方法下弧度的不同对测量精度的影响规律
        3.4.2 不同测量方法的互补性
        3.4.3 相同计量方法下三坐标精度对计量结果的影响分析
        3.4.4 超高精度三坐标测量条件下的测量方法数据对比分析
    3.5 本章小结
4 航空发动机四级-八级静止叶片扇形段的测量解决方案
    4.1 测量方案简介
    4.2 T型板的基于弦高法-固定半径拟合法的组合测量方法
        4.2.1 测量设备的选择
        4.2.2 测量零件的选择
        4.2.3 测量方法的选择
        4.2.4 测量结果分析
        4.2.5 测量方法的特点
    4.3 本章小结
5 小角度圆弧测量方法测量结果的不确定度分析
    5.1 测量不确定度误差来源
    5.2 标准测量不确定度评定方法
    5.3 测量不确定度分析评定
        5.3.1 弓高弦长法测量不确定度评定
        5.3.2 扫描数据拟合法和半径确定的坐标系平移法的测量不确定度评定
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢

【参考文献】