【摘要】：航天飛行器艙體作為承載和連接各個功能件的關(guān)鍵零件,其制造精度對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)存在加工時間長且加工效率低的問題。本文針對個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),開展了三維數(shù)字化測量、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)字化測量技術(shù),建立了復(fù)雜曲面外形在機測量系統(tǒng)和艙體薄壁厚度的在機超聲測量系統(tǒng),并分別針對外形和壁厚測量制定了測量方案,確保高效精確地獲取艙體毛坯數(shù)據(jù)。(2)基于實際測量數(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),并針對余量的分布情況研究了輪廓度和壁厚雙重約束下的余量優(yōu)化方法。(4)根據(jù)個性化薄壁艙體的編程要求,提出了基于模板刀位點整體變換的快速數(shù)控編程解決思路,研究了模板刀位點的生成與提取方法,給出了刀軸法矢的計算方法,并基于刀軸法矢施加刀具偏置生成了最終的加工刀軌。最后開展了薄壁艙體進氣道的加工驗證試驗,分析了試驗件的加工精度,驗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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V46
【圖文】：

圖 1. 1 三維測量技術(shù)方法分類12]對接觸式測量測量效率低、測量對象要求高等不足，非接觸式測量得到了快速發(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)化為被測物體表面的坐標(biāo)，具有測量速度快、效率高、測量范圍廣、不受非接觸式測量方法中基于光學(xué)測量的方法是應(yīng)用最為廣泛的，常見的有激光三法、投影光柵法、圖像分析法等。近年來，基于計算機視覺的非接觸測量發(fā)展迅為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)以及計算機視覺等技術(shù)來從二維圖像的三維信息，可分為單目測量，雙目測量以及多目測量，其中德國 17]流動式光學(xué)立體視覺測量系統(tǒng)是經(jīng)典的雙目測量設(shè)備，如圖 1.3 所示，它將特投射到被測物體表面，然后兩個 相機對光柵干涉條紋自動拍攝，接著由測進行計算處理，能夠在很短的時間內(nèi)獲取被測物體表面的點云數(shù)據(jù)，大大提高了使用方便，不受地形限制，可以隨意移動。非接觸式測量中，按照光源的不測量方式分為主動式和被動式兩種形式。被動式方法是指測量傳感器不主動向被束，而是直接利用物體表面反射的自然光來獲取物體三維信息。這種方法測得的較低，通常情況只能得到一個比較模糊的信息。相對于被動式三維傳感器而言，

圖 1. 2 三坐標(biāo)測量機 圖 1. 3 視覺測量系統(tǒng)隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，測量的方式不斷進步，從傳統(tǒng)的離線式測量融入到生產(chǎn)加程中，實現(xiàn)了在機測量（ n achine easurement， ）18]。在機測量指在某一道加序完成后直接在機對零件的尺寸進行測量，不需要在各道工序間進行離線測量，這不僅縮加工耗時，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。所謂在機測量，就是以機床或者機器人等為運動載體，并將傳感器安裝在機床上，通過運動實現(xiàn)零件的測量。這種測量方式的最大優(yōu)點就是靈活性和便攜性，是三維數(shù)字化測量鍵技術(shù)之一。學(xué)者針對在機測量展開了大量研究。 ae 等19]開發(fā)了一種基于 模型的觸式激光位移傳感器的在機測量系統(tǒng)，用于測量和評估數(shù)控加工后的加工表面，并可以集開放式的數(shù)控系統(tǒng)中。 ao 等20]開發(fā)了具有多點光束的光學(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，并通過將二維激光傳感器安裝在超精密金剛床上，實現(xiàn)了具有大面積正弦微結(jié)構(gòu)的圓柱形表面的在機測量。 iu 等21]針對航空中的大壁零件實現(xiàn)了集成在機激光線掃描測量和數(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、在機測量、加工目標(biāo)表面的重構(gòu)和數(shù)控加工。并以火箭發(fā)動機的噴行了實驗，驗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：2735716