大型不规则薄壁零件测量—加工一体化制造方法与技术

发布时间：2021-08-23 21:04

　　在我国航空航天、运载、国防等重大工程领域中,出现了一批必须满足其高性能要求的大型不规则薄壁零件,如火箭发动机喷管、火箭推进剂共底构件、火箭燃料贮箱壁板等。这类零部件具有几何尺寸大、形状复杂、结构刚度低、材料难加工等制造特点,易在半精加工阶段产生较大的结构变形。若仅按照原始设计尺寸或模型进行常规数控加工,无法加工出满足几何精度和性能要求的零件。本文以我国大型／重载液体火箭发动机的研制为工程背景,依托国家自然科学基金重点基金（No.50835001）、装备预研基金重点基金（No.9140x×××××××××x0902）和航天科技集团委托项目,针对大型不规则薄壁零件加工精度难以保证的问题,开展高效、精密数字化加工方法与关键技术的研究。针对大型不规则薄壁零件尺寸误差或结构变形导致实际加工曲面与设计模型不一致的加工难题,提出一种基准关联约束的精加工目标曲面生成方法。基于E.Cartan活动标架和曲面相伴理论,利用在机实测的几何参数数据,在分析被测面、基准面及加工目标曲面的空间位姿关系基础上,研究精加工目标曲面建模技术及曲面生成算法,再设计出精加工目标曲面。为提高大型复杂几何廓形的测量速度与精度,... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：125 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 曲面生成方法
        1.2.2 曲面精密测量技术
        1.2.3 切削性能分析
        1.2.4 测量-加工一体化系统
    1.3 课题来源及论文主要内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 论文主要内容
2 基于活动标架理论的加工目标曲面生成方法
    2.1 曲面活动标架理论
    2.2 曲面建模
        2.2.1 相伴曲面
        2.2.2 加工目标曲面
    2.3 目标曲面求解
        2.3.1 参考面双三次B样条表示
        2.3.2 标架矩阵
        2.3.3 曲面生成算法
    2.4 本章小结
3 基于截面线法的激光快速扫描测量
    3.1 曲面坐标提取原理
    3.2 模型已知曲面的扫描测量
        3.2.1 扫描轨迹
        3.2.2 测量控制点
        3.2.3 测量行距
    3.3 模型未知曲面的扫描测量
        3.3.1 扫描进给步长
        3.3.2 测量行距
        3.3.3 跟踪采样
        3.3.4 自适应采样算法
    3.4 测量实验
    3.5 本章小结
4 点激光三角法测量精度分析
    4.1 光学三角法位移测量原理
    4.2 位移测量仿真
        4.2.1 单元建模
        4.2.2 离散能量光斑
        4.2.3 位移评定
    4.3 入射角影响分析
        4.3.1 位移测量误差
        4.3.2 校准实验设计
        4.3.3 仿真预测
        4.3.4 结果分析
    4.4 本章小结
5 不锈钢材料切削力和加工振动建模与预测
    5.1 不锈钢材料可加工性分析
    5.2 三维稳态切削力建模与预测
        5.2.1 刀具几何模型
        5.2.2 力学关系模型
        5.2.3 瞬时切屑厚度
        5.2.4 切削力预测算法
    5.3 基于多频法的加工振动预测
        5.3.1 动态切削力
        5.3.2 加工稳定性预测
    5.4 加工实验
        5.4.1 切削力实验
        5.4.2 稳定性叶瓣图
    5.5 本章小结
6 液体火箭发动机喷管测量-加工一体化系统研制
    6.1 火箭发动机喷管的加工特征
    6.2 多工位加工工艺方案
    6.3 机械系统
        6.3.1 机床运动分析与总体结构
        6.3.2 喷管立式装夹
        6.3.3 可转位铣头
    6.4 控制系统
        6.4.1 双通道控制
        6.4.2 双电机串联控制
        6.4.3 多个模拟主轴控制
    6.5 软件系统
        6.5.1 系统通信构架
        6.5.2 功能模块与算法
        6.5.3 功能界面
    6.6 本章小结
7 加工实验与实际应用
    7.1 实验条件
    7.2 廓形测量
    7.3 铣槽加工
    7.4 样件试切
    7.5 本章小结
结论
论文创新点
参考文献
附录A 机床精度
附录B 软件系统人机交互界面
附录C 专利证书
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能零件的性能与几何参数一体化精密加工方法与技术[J]. 郭东明.  中国工程科学. 2011(10)
[2]中国重型运载火箭动力系统研究[J]. 谭永华.  火箭推进. 2011(01)
[3]G1连续三角Bézier曲面模型快速生成算法[J]. 孙殿柱,李心成,李延瑞,田中朝.  机械工程学报. 2010(15)
[4]自由曲面光学元件的设计、加工及面形测量的集成制造技术[J]. 李荣彬,张志辉,杜雪,孔令豹,蒋金波.  机械工程学报. 2010(11)
[5]未知自由曲面数字化自适应采样方法[J]. 卢科青,王文,陈子辰.  机械工程学报. 2010(09)
[6]基于距离函数运动生成曲面的识别和重构方法[J]. 罗晨,朱利民,丁汉.  机械工程学报. 2009(10)
[7]一种基于机器人的曲面测量、建模和加工方法[J]. 赵吉宾,刘伟军,孙玉文.  仪器仪表学报. 2008(02)
[8]立铣切削力分类研究及精确铣削力模型的建立[J]. 康永刚,王仲奇,吴建军,姜澄宇.  航空学报. 2007(02)
[9]中国制造任重道远 装备中国责无旁贷——中国装备制造业现状与发展战略[J]. 陆燕荪.  机械工程学报. 2007(01)
[10]RE-SOFT系统架构及关键技术[J]. 柯映林,王青,范树迁,朱伟东,李岸,陈曦.  浙江大学学报(工学版). 2006(08)

博士论文
[1]铣削动力学—稳定性分析方法与应用[D]. 丁烨.上海交通大学 2011
[2]五轴数控铣削加工几何—动力学建模与工艺参数优化[D]. 张小明.上海交通大学 2009
[3]大型配对型面数字化制造技术的研究[D]. 王春.大连理工大学 2002



本文编号：3358595