發(fā)布時(shí)間：2020-06-30 19:17

【摘要】：航天飛行器艙體作為承載和連接各個(gè)功能件的關(guān)鍵零件,其制造精度對(duì)飛行器的性能有著重要的影響。隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)飛行器輕量化的要求日益迫切,艙體零件廣泛采用整體薄壁結(jié)構(gòu)。目前飛行器的艙體主要由“鑄造/焊接+精密數(shù)控加工”組合工藝加工而成。因在鑄造過(guò)程中經(jīng)歷熱循環(huán),薄壁艙體零件毛坯外形、壁厚尺寸一致性差而且加工余量分布不均勻,傳統(tǒng)數(shù)控加工技術(shù)存在加工時(shí)間長(zhǎng)且加工效率低的問(wèn)題。本文針對(duì)個(gè)性化艙體毛坯加工要求,研究了艙體零件加工余量的適應(yīng)性分配技術(shù),開(kāi)展了三維數(shù)字化測(cè)量、模型配準(zhǔn)、余量分配以及快速數(shù)控編程等關(guān)鍵技術(shù)的研究。論文的主要完成了以下工作:(1)基于薄壁艙體結(jié)構(gòu)特征及其毛坯尺寸狀態(tài),研究了艙體外形三維數(shù)字化測(cè)量技術(shù),建立了復(fù)雜曲面外形在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)和艙體薄壁厚度的在機(jī)超聲測(cè)量系統(tǒng),并分別針對(duì)外形和壁厚測(cè)量制定了測(cè)量方案,確保高效精確地獲取艙體毛坯數(shù)據(jù)。(2)基于實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù),提出了適應(yīng)薄壁艙體結(jié)構(gòu)特征的模型配準(zhǔn)思路,研究了基于PCA的快速粗略配準(zhǔn)算法和基于單位四元數(shù)的ICP精確配準(zhǔn)算法,給出了先粗略配準(zhǔn)后精確配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方法,提高了配準(zhǔn)的效率和精度,為后續(xù)約束配準(zhǔn)提供了良好的位置姿態(tài)。(3)基于測(cè)量數(shù)據(jù)與理論CAD模型的配準(zhǔn)結(jié)果,分析了毛坯加工余量分布情況,分析了薄壁艙體毛坯的三種狀態(tài),并針對(duì)余量的分布情況研究了輪廓度和壁厚雙重約束下的余量?jī)?yōu)化方法。(4)根據(jù)個(gè)性化薄壁艙體的編程要求,提出了基于模板刀位點(diǎn)整體變換的快速數(shù)控編程解決思路,研究了模板刀位點(diǎn)的生成與提取方法,給出了刀軸法矢的計(jì)算方法,并基于刀軸法矢施加刀具偏置生成了最終的加工刀軌。最后開(kāi)展了薄壁艙體進(jìn)氣道的加工驗(yàn)證試驗(yàn),分析了試驗(yàn)件的加工精度,驗(yàn)證了本文的余量分配技術(shù)的正確性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V46
【圖文】：

圖 1. 1 三維測(cè)量技術(shù)方法分類12]對(duì)接觸式測(cè)量測(cè)量效率低、測(cè)量對(duì)象要求高等不足，非接觸式測(cè)量得到了快速發(fā)量主要基于磁學(xué)13]、光學(xué)14]、聲學(xué)15]等領(lǐng)域中的基本原理，將一定的物理模擬算法轉(zhuǎn)化為被測(cè)物體表面的坐標(biāo)，具有測(cè)量速度快、效率高、測(cè)量范圍廣、不受非接觸式測(cè)量方法中基于光學(xué)測(cè)量的方法是應(yīng)用最為廣泛的，常見(jiàn)的有激光三法、投影光柵法、圖像分析法等。近年來(lái)，基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸測(cè)量發(fā)展迅為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)來(lái)從二維圖像的三維信息，可分為單目測(cè)量，雙目測(cè)量以及多目測(cè)量，其中德國(guó) 17]流動(dòng)式光學(xué)立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)是經(jīng)典的雙目測(cè)量設(shè)備，如圖 1.3 所示，它將特投射到被測(cè)物體表面，然后兩個(gè) 相機(jī)對(duì)光柵干涉條紋自動(dòng)拍攝，接著由測(cè)進(jìn)行計(jì)算處理，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)獲取被測(cè)物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，大大提高了使用方便，不受地形限制，可以隨意移動(dòng)。非接觸式測(cè)量中，按照光源的不測(cè)量方式分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種形式。被動(dòng)式方法是指測(cè)量傳感器不主動(dòng)向被束，而是直接利用物體表面反射的自然光來(lái)獲取物體三維信息。這種方法測(cè)得的較低，通常情況只能得到一個(gè)比較模糊的信息。相對(duì)于被動(dòng)式三維傳感器而言，

圖 1. 2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 圖 1. 3 視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)量的方式不斷進(jìn)步，從傳統(tǒng)的離線式測(cè)量融入到生產(chǎn)加程中，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)測(cè)量（ n achine easurement， ）18]。在機(jī)測(cè)量指在某一道加序完成后直接在機(jī)對(duì)零件的尺寸進(jìn)行測(cè)量，不需要在各道工序間進(jìn)行離線測(cè)量，這不僅縮加工耗時(shí)，大大提高了加工效率，而且還可以避免重復(fù)裝夾誤差導(dǎo)致的零件加工精度不高。所謂在機(jī)測(cè)量，就是以機(jī)床或者機(jī)器人等為運(yùn)動(dòng)載體，并將傳感器安裝在機(jī)床上，通過(guò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)零件的測(cè)量。這種測(cè)量方式的最大優(yōu)點(diǎn)就是靈活性和便攜性，是三維數(shù)字化測(cè)量鍵技術(shù)之一。學(xué)者針對(duì)在機(jī)測(cè)量展開(kāi)了大量研究。 ae 等19]開(kāi)發(fā)了一種基于 模型的觸式激光位移傳感器的在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，用于測(cè)量和評(píng)估數(shù)控加工后的加工表面，并可以集開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)中。 ao 等20]開(kāi)發(fā)了具有多點(diǎn)光束的光學(xué)二維斜率傳感器，該傳感器使柱面透鏡可以有效消除圓柱表面曲率的影響，并通過(guò)將二維激光傳感器安裝在超精密金剛床上，實(shí)現(xiàn)了具有大面積正弦微結(jié)構(gòu)的圓柱形表面的在機(jī)測(cè)量。 iu 等21]針對(duì)航空中的大壁零件實(shí)現(xiàn)了集成在機(jī)激光線掃描測(cè)量和數(shù)控加工有效結(jié)合的高效可靠的制造策略。該集程包括相關(guān)約束分析、在機(jī)測(cè)量、加工目標(biāo)表面的重構(gòu)和數(shù)控加工。并以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該策略的有效性，并可以提高大型薄壁零件的加工質(zhì)量和加工效率。吳

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本文編號(hào)：2735716