基于气动扫描测量的滑阀内孔形状误差检测技术研究

摘要

电液伺服阀是一种被广泛应用于航空、航天和航海中航行器伺服控制的高精度控制器件。滑阀作为电液伺服阀的功率放大级,是其核心元件。滑阀的加工质量直接影响到电液伺服阀的控制精度和使用性能,因此在加工过程中对其尺寸和几何形状精度都提出了很高的要求。用于径向偶合的滑阀内孔的精加工就是伺服阀生产过程中的关键工艺之一,通常需要控制滑阀内孔的形状误差在1μm。由于滑阀内孔形状复杂,相贯孔多,且容易受到热处理变形、加工变形等因素的影响,为了保证滑阀内孔的形状精度指标,目前实际生产中通常采用测量——珩磨或研磨——再测量的方式。然而我国航天航空技术的发展以及实现型号产品批生产都对伺服阀的加工质量和生产效率提出了更高的要求,滑阀内孔形状测量的精度和效率也成为伺服阀生产中的技术关键之一,因此研究滑阀内孔形状误差的精密检测技术对提高我国伺服阀工艺水平有着重要现实意义和应用前景。
　　在深入分析伺服阀滑阀内孔的加工工艺和几何形状特点的基础上,提出了一种基于差动压力式气动测量和喷嘴挡板气动变换特性的滑阀内孔形状误差气动扫描测量方法。建立了滑阀内孔形状误差的气动扫描测量模型,根据气动测量特性方程进行了理论计算分析,设计了系统测量总体方案。采用 FLUENT软件对滑阀内孔气动测量的计算流体力学CFD模型进行了仿真分析,着重研究了前置节流孔和测量喷嘴的结构尺寸等气动测量参数对于测量线性范围及灵敏度的影响。搭建了喷嘴挡板气动测量实验装置,进行了气动测量特性实验研究,验证了CFD仿真分析结果的正确性,为滑阀内孔形状误差气动扫描测量系统的建立提供了理论参考。
　　采用气动扫描测量的方法获取滑阀内孔表面采样测量点的坐标数据后,还需要进行数据处理并计算得到内孔的形状误差值。根据形状误差的最小条件评定准则,分别建立了滑阀内孔圆柱度、圆度和轴心线直线度误差的最小区域评定数学模型。提出了一种基于自适应蚁群优化算法的计算方法对评定数学模型及其目标函数进行求解,并通过计算实例和对比分析验证了该方法的正确性和有效性。此外,分析了形状误差评定不确定度的主要影响因素,提出了一种基于蒙特卡罗方法的内孔形状误差评定不确定度的计算方法,并通过滑阀内孔圆度误差测量实例对该计算方法进行了验证分析。
　　根据滑阀内孔形状误差气动扫描测量模型和总体方案,设计并研制了差动压力式测量气路、气动测量头及其精密驱动机构、滑阀夹具及其精密定位调整机构等机械装置,开发了测控系统硬件电路,编制了系统测控及形状误差评定计算软件,从而建立了一套专用化的滑阀内孔形状误差在位测量系统,并以XXX-14B型滑阀为被测对象对测量系统进行了标定及测量精度实验研究。为了有效提高系统的测量精度,在测量数据预处理中提出了一种基于模糊集理论的粗大误差判别方法,根据隶属度函数对有效测量数据和异常值之间的模糊边界进行分析与界定,寻求粗大误差的评定判据。该判别方法尤其适用于测量数据少或难以寻求统计分布规律的自动测量过程。
　　最后,为了确知滑阀内孔形状误差气动扫描测量系统的精度指标,根据系统测量的封闭链特性,采用齐次坐标变换方法,建立了气动扫描测量系统的几何误差模型。通过理论分析结合测试实验研究了气动扫描测量过程中存在的误差源以及各误差因素对于系统测量精度的影响程度,确定了回转运动误差、导轨误差及系统标定误差等主要系统指标,为进一步研究提高滑阀内孔形状误差气动扫描测量的精度奠定了基础。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2滑阀及其内孔加工工艺

1.3滑阀内孔形状误差的测量与评定方法及研究现状

1.4课题来源及研究的目的和意义

1.5论文的主要研究内容

第2章 滑阀内孔形状误差的气动扫描测量方法研究

2.1引言

2.2气动测量方法

2.3滑阀内孔形状误差的气动扫描测量方法

2.4气动测量流场模型的建立

2.5气动测量流场的CFD仿真分析

2.6气动测量特性实验研究

2.7本章小结

第3章 滑阀内孔形状误差的最小区域评定方法研究

3.1引言

3.2滑阀内孔形状误差的最小区域评定模型

3.3基于AACO算法的形状误差计算方法

3.4形状误差最小区域评定的不确定度

3.5本章小结

第4章 滑阀内孔形状误差的气动扫描测量系统研制

4.1引言

4.2系统组成

4.3测量气路设计

4.4机械系统设计

4.5测控硬件电路设计

4.6测控软件设计与编制

4.7基于模糊集的数据处理技术研究

4.8系统标定与精度实验研究

4.9本章小结

第5章 滑阀内孔形状误差测量系统的精度分析

5.1引言

5.2气动测量系统几何误差模型的建立

5.3气动扫描测量系统精度分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

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