基于多维特征的复杂结构件设计-加工-检测一体化

摘要

航空航天产品复杂结构件中大跨度、薄壁和深腔结构越来越多，曲面复杂，精度要求高，工艺复杂，为复杂结构件的数控加工提出了新的挑战。本文对基于多维特征的复杂结构件设计-加工-检测一体化进行了深入研究，主要成果如下：
　　(1)提出了多维特征概念并建立了多维特征模型。针对零件几何和加工过程信息不能有效融合的问题，多维特征在传统3维加工特征模型基础上增加时间维，即过程维，不仅能表达特征加工的最终状态，还综合考虑了特征的复杂加工过程。多维特征模型采用约束网表达典型工艺方案等工艺知识，自动创建驱动几何链和各加工操作的材料去除体，生成零件各中间状态的B-Rep实体模型，支持零件中间状态检测点的生成，实现了中间状态几何和工艺知识的有效融合。
　　(2)提出了一种基于多维特征的过程能力指数计算方法。针对多品种小批量生产零件样本容量不足导致的过程能力指数难以准确计算的问题，研究了多维特征加工工艺、尺寸和公差之间的关联关系，发现尺寸不同而加工工艺和公差等级相同的加工特征质量特性值存在标准差与公差之比为常数，遂将其归为同一加工特征样本以扩大样本容量。通过样本个体归一化使样本均值相同，即样本个体具有同一分布，进而计算出多维特征的过程能力指数，实现了面向多品种小批量生产的过程能力指数由区间估计向点估计的转变。
　　(3)提出了一种多维特征的驱动面创建方法。针对薄壁可侧铣曲面由于变形导致中间状态加工余量难以保证的问题，研究了特征中间状态加工余量、厚度容差和最终状态厚度公差之间的映射关系，给出了特征中间状态加工余量的取值范围和中间状态厚度容差的计算方法。以中间状态加工余量为约束优化刀具与中间状态曲面的接触线，自动生成刀轨驱动面。等精度离散接触线生成检测点，基于检测数据拟合实际加工面，依据厚度容差判断是否超差，进而自动创建下一步加工的驱动面，实现刀轨的自适应生成。为数控加工由基于人工经验的粗略方案求解模式向基于检测数据的优化方案求解模式转变提供理论和技术参考。
　　(4)基于以上研究开发了基于多维特征的复杂结构件设计-加工-检测一体化系统，并在国内多家航空、航天制造企业的零件研制生产中得到应用验证。

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注 释 表

缩 略 词

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

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 复杂结构件设计-加工-检测一体化工业调研

2.1调研对象

2.2调研方法

2.3调研内容

2.4调研结论

第三章 多维特征模型

3.1多维特征概念

3.2多维特征建模

3.3本章小结

第四章 基于多维特征的过程能力指数计算方法及应用

4.1加工工艺、尺寸和公差的关联关系

4.2加工特征样本个体归一化

4.3多维特征的过程能力指数计算

4.4多维特征过程能力指数在设计-加工-检测一体化中的应用

4.5本章小结

第五章 多维特征的驱动几何自动创建方法

5.1驱动几何自动创建的难点分析

5.2驱动线自动创建

5.3驱动面自动创建

5.4本章小结

第六章 复杂结构件设计-加工-检测一体化系统开发与实现

6.1系统框架

6.2系统功能及运行实例

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