基于动态加工特征的复杂曲面加工方法

摘要

飞机进气道鼓包、翼身融合曲面等大量复杂曲面，其复杂的几何特性及苛刻的加工要求往往导致曲面在不同区域内对应不同的优化加工策略，无法基于单个加工区域实现高质量、高效率加工。针对以上问题，本文对基于动态加工特征的复杂曲面加工方法进行了深入研究，主要成果如下：
　　（1）提出了复杂曲面动态加工特征建模方法。针对现有加工特征不支持复杂曲面分区优化加工的问题，研究了复杂曲面分区优化加工策略，复杂曲面分区随加工阶段、制造资源及加工要求的变化而动态变化，称之为复杂曲面动态加工特征。针对现有基于纯量或向量的曲面分区方法仅能得到局部优化解的问题，建立了曲面任意点处优化目标函数的二阶张量，并基于张量场的三分退化点确定多个加工区域相交点，进而以相交点为起点、以最优进给方向为切向构造曲面内部边界，实现了复杂曲面动态加工特征建模，为复杂曲面分区优化加工奠定了理论和技术基础。
　　（2）提出了基于切宽张量的复杂曲面分区加工方法。针对基于现有二维刀具有效切削轮廓难以直接给出切宽张量的问题，将通用回转体刀具在曲面上一点沿各进给方向运动时不断变化的二维刀具有效切削轮廓转换为一个在绝对坐标系中不变的三维连续曲面，称之为刀具有效切削曲面。定义了刀具有效切削曲面与零件曲面的法向逼近距离，给出了法向逼近距离的张量模型，并证明了在给定切触点处，刀具沿不同进给方向运动时的切宽与其密切平面内的法向逼近距离呈正比，进而给出了切宽张量，实现了基于切宽张量的复杂曲面加工区域划分及分区刀轨计算。
　　（3）提出了面向复杂曲面数控加工的云制造框架。针对现有云制造框架对复杂零件制造工艺知识保护不足的问题，将制造服务的封装由云端转移至制造服务供应商内部，将制造服务的索引信息存储于云端，而制造服务中的制造工艺信息存储于制造服务供应商内部。针对制造资源及加工要求不确定的问题，构建了开放式复杂曲面动态加工特征Function Block，支持加工特征数量的动态变化，实现了复杂曲面在制造资源及加工要求不确定环境下的自适应工艺规划。
　　（4）基于以上研究开发了基于动态加工特征的复杂曲面加工原型系统，并结合具体实例进行了应用验证。

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注 释 表

第一章 绪论

1.1研究背景和研究意义

1.2国内外相关研究综述

1.3论文内容与章节安排

第二章 复杂曲面动态加工特征建模方法

2.1加工特征定义的难点

2.2复杂曲面加工特征

2.3复杂曲面中间状态特征

2.4复杂曲面动态加工特征

2.5基于张量的复杂曲面动态加工特征建模方法

2.6本章小结

第三章 基于切宽张量的复杂曲面分区加工方法

3.1自由曲面端铣加工切宽张量构建的难点

3.2自由曲面端铣加工切削宽度张量

3.3基于切宽张量的复杂曲面分区及轨迹计算

3.4本章小结

第四章 基于最大进给速度张量的复杂曲面分区加工方法

4.1自由曲面端铣加工进给速度优化的难点

4.2机床运动学曲面

4.3基于机床运动学特性的最大进给速度张量

4.4基于最大进给速度张量的曲面分区加工轨迹计算

4.5本章小结

第五章 面向复杂曲面数控加工的云制造框架

5.1复杂零件云制造的不足和难点

5.2面向复杂曲面数控加工的云制造框架

5.3复杂曲面动态加工特征Function Block

5.4本章小结

第六章 系统开发与实现

6.1系统框架

6.2系统功能与运行实例

6.3本章小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文