复杂零件主动寻位和精密加工关键技术研究与应用

发布时间：2020-06-18 22:41

【摘要】：高性能复杂形状零件在现代工业中的应用越来越广泛。高性能复杂形状零件的加工过程往往是一个并行与串行相结合的多源多工序加工过程。机床夹具偏差、零件误差以及加工过程中的其他误差,对高性能复杂形状零件的加工质量和效率影响很大,这些误差在多工序加工过程中不断传递、累积与耦合,形成了动态变化的加工误差流。开展复杂形状零件精密、高效的安装与加工方法研究,已成为国内外专家学者和工程技术人员关注的热点之一。论文围绕复杂形状工件多工序加工过程中的误差传递、建模与控制开展了研究,论文的成果和创新点如下:(1)基于误差流概念,描述了复杂形状零件多工序加工过程的误差传递规律,分析了夹具误差、关联工序(步)误差等误差源对工件加工精度的影响机制,根据刚体空间运动的齐次变换法,构建了多工序加工过程与齐次坐标变换之间的映射关系,结合离散事件动态系统的特性及研究方法,提出并构建了面向主动寻位与状态记忆(Initiative Location and State Memory,ILSM)夹具系统的多工序加工误差传递模型(Error Propogation Model for Multi-operation Machining bades on ILSM Fixturing System,EPMM ),并采用齐次变换和小误差理论,建立了工件的初始安装误差,关联工序之间的夹具误差以及ILSM夹具系统的安装误差的几何关系模型,通过误差综合推导出了 EPMM模型的详细结构,并给出了相关系数矩阵的具体形式。该模型有效地描述了 ILSM夹具系统多工序加工误差流影响,进一步完善了误差传递理论及其分析计算模型。(2)通过分析ILSM夹具系统中工件安装误差及其误差源特性,从信息与控制的角度出发,提出了一种基于主动寻位安装的多工序加工误差控制方法,探讨了基于坐标测量和基于影像测量的寻位信息获取技术,并根据最小二乘法求解出工件的初始安装模型,根据夹具寻位信息建立了基于主动寻位安装的多工序误差控制模型(Error Control Model for Multi-operation Setup based on ILSM Fixturing System,ECMM )。基于此模型,通过主动检测ILSM夹具的实际形貌,构建工序基准转换几何模型,以精确求解出工件在机床上的实际安装位姿,实现了顺应夹具现实的加工,即通过对ILSM夹具参考基准误差及其组装误差的度量,进一步提高了加工误差的综合判别能力和计算精度,并为精确控制加工误差提供了理论依据。(3)基于多工序加工误差控制方法及模型,针对位置精度要求很高,但缺乏理想或统一安装基准的回转体零件在多工序加工中存在的技术瓶颈,提出了面向该类回转体零件的主动寻位安装工艺,通过主动寻位实现工件在初始夹具(Ⅰ类夹具)中的准确定位,并形成工件夹具系统,然后采用精密接口技术实现设计了 Ⅱ夹具,通过Ⅰ/Ⅱ类夹具之间的寻位接口,实现了工件夹具系统在机床上的快速安装。(结合主动寻位安装理论及工艺方法。)以导弹天线罩为对象,进行了天线罩多工序安装转换位置误差的分析,制定了天线罩多工序加工过程中的主动寻位安装工艺,构建了相应的多工序误差控制模型及其误差敏感方向的工序精度分配,并研制了某型号导弹天线罩的主动寻位安装系统,为主动寻位安装工艺及其多工序精度有效控制的工程应用提供了技术支持。以上提出的相关理论研究成果及其多工序主动寻位安装系统,已进行了大量的工程测试与相关应用。工程测试与应用结果表明,本文提出的复杂零件主动寻位方法及其精密加工关键技术的可行性和有效性,在保证复杂形状零件的加工精度、大型缺乏理想或统一安装基准的回转体工件的精确定位,提高其加工效率中发挥了重要作用。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH161.1
【图文】：

美国麻省理工大学的Ｂｕｉｔｒａ等人［２２］采用了基于形状记忆合金逡逑ｍｏｒｙＡｌｌｏｙ）的执行机构，使夹具通过变化的面接触，适应不同工件的几何形技术的提出，较好地解决了复杂形状工件的夹紧问题。不仅可以提高切削点集中、夹紧力过大的问题，而且更重要的是解决了转换工序夹紧面的工准零件封装技术逡逑ａｙ邋Ｅ．Ｓａｒｍａ和Ｐａｕｌ邋Ｋ．Ｗｒｉｇｈｔ教授提出了无基准零件封装技术（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ邋Ｆｒｅｅｉｏｎ，简称ＲＦＰＥ）的工件安装新概念。ＲＦＰＥ技术通过基准自由工件的连续ＢＦ技术不同工序间的定位问题％。逡逑２表示了采用ＲＦＰＥ夹具加工的基本原理。首先依据定位元件或装置，确定始位置，用填料包围毛坯，形成规则的毛坯一填料实体，在机床上安装初始工序的特征加工，如果需要进行工序或安装转换时，通过补充填料，恢复实，即通过实体表面保留工件最初的位置信息，以作为新的安装过程中工件实体复原后，根据需要，翻转并重新在机床上安装实体，完成新工序的特征，直至完成零件的全部加工，熔解填料取出完工的零件。逡逑

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箱体邋定位模型逦填料逡逑图１－３基于ＲＦＰＥ夹具的工件安装示意逡逑１．２．３基于主动寻位与状态记忆的工件安装技术逡逑为了解决ＲＦＰＥ技术的不足，东华大学李蓓智教授等提出了一种主动寻位和状态记忆逡逑（Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋Ｓｔａｔｅ邋Ｍｅｍｏｒｙ，邋ＩＬ＆ＳＭ）的工件安装方法，并进行了通用夹具系统的逡逑研制［４ＭＴ１。ＩＬ＆ＳＭ安装技术通过采用规范的板块，构成易于拆卸的ＩＬ＆ＳＭ箱体，作为工逡逑件主动寻位和夹具在机床上定位的基准；箱体板块上装有便于调节的寻位（定位）元件阵列，逡逑形成适合任意形状工件的通用定位装置，其固定后的位置，经测量并由数据采集装置输入逡逑信息处理系统；工件通过寻位元件，确定其在箱体中的初始位置，注入填料后，形成ＩＬ＆ＳＭ逡逑初始实体。在机床上安装好该实体后对工件进行相应工序的特征加工，如果需要进行工序逡逑或安装转换

【参考文献】