基于公差约束的叶片表面振纹修复技术

以某大型风扇钛合金整体叶盘叶片为载体,对其叶片在铣削加工时由刀具磨损、崩刃、振动带来的振纹问题开展基于公差约束的叶片表面振纹修复方法研究,在此基础上通过提取振纹边界,编制基于振纹位置的四重截面线检测程序、基于公差约束的在机测量截面线双向偏置、基于偏置曲线的振纹加工表面重构、振纹位置切削程序重新计算和补偿加工的方式,提出大型风扇钛合金整体叶盘叶片振纹的铣削加工修复解决方案,并进行加工验证。结果表明:在零件实际加工中,该技术在修复由崩刃导致的叶片加工振纹、避免由于加工振纹等导致叶盘报废的问题、保证零件的加工精度以及改善加工质量等方面有明显效果。

基于公差约束的复杂曲面宽行加工方法

为了提高复杂曲面环形刀加工的加工效率,结合设计公差带,对复杂曲面的宽行加工算法进行研究。借用二阶泰勒逼近方法计算整条切削轨迹的切削带宽,根据设定的切削带宽比率阈值对其进行切削带宽可调整性评估;针对符合可调整性的切削轨迹,分析影响切削带宽的切触点,在公差约束范围内,将实际切触点沿其所在位置曲面法矢反方向平移一段合适的距离,从而反算出最优的切削带宽。通过分析切触点变化后曲面性质对切削带宽的影响,说明了公差约束思想在宽行加工算法中具有通用性。算例表明,与二阶泰勒逼近算法相比,该方法能大幅度地提高切削带宽,提高量可达到原切削带宽的26.5%,同时,切触点轨迹长度缩短了22.7%;仿真结果验证了该方法在复杂曲面环形刀宽行加工中的有效性。

叶片模型公差约束条件下的配准方法研究

针对航空发动机叶片检测分析中的模型配准定位问题,结合叶片型面不同区域的设计公差要求不同的特点,以减少配准后超差点的数目为目标,提出了一种公差约束条件下的叶片模型配准方法。在迭代最近点匹配算法(IterativeClosest Point Algorithm,ICP)的基础上,根据公差要求定义约束区域,依据约束区域对点集进行加权处理,并给出了加权后的目标函数及其求解方法。通过实例验证了该方法是有效的,具有实用价值。

基于满意度函数和灰关联度的多公差约束配准算法

在近净成形类零件自适应加工的过程中,针对传统配准算法无法有效约束零件形位公差的问题,提出一种基于满意度函数和灰关联度的多公差约束配准算法,将公差间平衡关系转化为多目标协同优化问题进行求解。首先,确定零件各公差的评价方法与表征形式,将测量数据与理论模型偏差量视为轮廓度求解裕度。然后,运用满意度函数对各公差偏差量进行评估,依据灰关联度理论计算出各公差间的关联程度。最后,根据Lagrange方法构建带约束非线性最小二乘形式的求解方程,并采用BFGS算法(Broyden,Fletcher,Goldfarb,Shanno拟牛顿迭代算法)进行刚性变换参数求解。采用某型号精锻叶片进行算法验证,结果显示轮廓度公差合格率由96.86%上升为99.40%。

基于设计公差约束的螺旋桨配准问题

针对螺旋桨加工过程中叶面和叶背加工余量分布不均匀的问题,提出了一种公差约束条件下螺旋桨毛坯与设计曲面快速配准的方法,用以保证螺旋桨叶面和叶背加工余量均匀。在螺旋桨设计过程中,分析了半径、纵斜、轴向位置和桨叶夹角对设计曲面空间位置的影响,确定了基于设计公差变动范围的螺旋桨形貌变化约束条件。建立了约束条件下螺旋桨曲面配准数学模型,并基于模拟退火算法快速求解得到全局最优解。螺旋桨毛坯曲面与设计曲面的匹配验证结果表明,该算法能实现螺旋桨毛坯曲面和设计曲面的快速匹配。

基于复合在机测量的双公差约束下负余量曲面的适应性加工

针对复杂舱体进气道曲面热成形铸造毛坯尺寸一致性差、轮廓度和壁厚成形精度低等问题,本文提出基于复合在机测量的双公差约束下负余量曲面适应性加工方法.首先搭建复合在机测量平台,为减少数据迟滞,开发同步数据采集系统,提出激光传感器位姿迭代标定方法并分析测量误差;随后在曲面轮廓测量数据指导下,通过精确法矢解算实现壁厚的高精度超声在机测量.面向负余量曲面加工,建立轮廓度公差和壁厚公差双重约束下的数学模型,以公差占用度、不均匀度以及一致度为优化目标,在不同权重参数下实现数据驱动的新曲面重建;随后,针对复杂舱体进气道曲面制定了复合在机测量与适应性加工策略,并进行有效性验证.结果表明,轮廓度测量最大正负误差分别为+0.0083和-0.0073 mm,壁厚测量误差均在0.03 mm以内,表明在机测量系统有效.此外,该舱体进气道曲面存在负余量为-0.0524 mm区域,适应性加工后轮廓度最大正偏差和最小负偏差分别为+0.0538和-0.3655 mm,壁厚偏差最大值和最小值分别为+0.16和-0.22 mm,满足公差要求(轮廓度:-0.5~+1 mm,壁厚:-0.4~+0.2 mm)且可实现全曲面高精高效适应性加工.

带公差约束的数字样板叶型检测方法

针对航空发动机叶片三坐标测量机(CMM)测量过程中误差检测与评定的问题,提出了一种带公差约束的数字样板叶型检测方法,以实现叶型误差的快速准确评定。在实物样板检测原理的基础上,分析叶型偏移、扭转与轮廓度之间的耦合关系,建立公差约束条件。根据CAD设计模型构造数字样板,建立带公差约束的样板匹配数学模型,并利用拟牛顿法进行非线性优化求解,在设计公差的约束条件下实现叶片测量点与数字样板的精确匹配。最后通过对某叶片型面测量数据进行仿真分析和实例验证,表明该方法比最小二乘(LSQ)方法的误差评定结果更为精确可靠,且与实物样板检测结果一致。

航空发动机叶片自适应修复目标曲面重构

航空发动机叶片修复往往先采用激光熔覆,然后精密铣削。叶片变形和破损可能造成熔覆材料不足或铣削结果超差。为了给叶身熔覆和铣削提供足够的余量和满足设计要求的目标加工曲面,提出镜像模型驱动的叶身自适应修复曲面重构方法。以叶身设计曲面作为理论模型,以实际待修复叶身的测量值作为实作模型,引入叶身形状公差约束和叶身变形对熔覆和铣削加工的约束,建立了保证叶身曲面设计要求的目标曲面优化模型,并基于镜像模型优化处理熔覆阶段与铣削阶段的目标曲面。通过实例验证了所提优化模型的有效性和必要性。

卧式加工中心双驱Z轴装配体几何误差分析

为了量化和识别出零部件制造和装配过程中制约机床精度的关键几何误差项,基于雅克比旋量模型对卧式加工中心的双驱Z轴的装配几何误差建模进行研究,合并平行度和直线度的公差带区域,确定尺寸和几何公差约束下的几何要素的变动和约束方程,建立含有约束条件的误差模型,将模型仿真数据与相似条件下的实测机床误差数据进行对比验证,最后采用Sobol方法进行几何误差敏感性分析。结果表明:雅可比旋量模型可以有效地定量分析机床几何误差分析,丝杠导程误差、床身平面度、导轨Y向的直线度和运行平行度是影响双驱Z轴运动精度的关键误差项,部分误差项间的耦合作用明显。研究结果有助于辨识影响机床精度的关键误差项,为卧式加工中心双驱Z轴的几何误差分配和补偿调整提供理论依据,建模方法适用于多种装配过程。

分散搜索算法求解复杂产品协同优化分配问题

研究了网络化制造环境下复杂产品的协同优化分配问题.考虑网络联盟企业的生产能力约束和复杂产品的交货期约束,加入满足装配要求的公差约束,以最大化公差和最小化制造费用、运输费用以及质量损失费用为目标,建立了该问题的两阶段数学规划模型.结合问题解的特点,把两阶段模型整合成一个非线性混合整数规划模型,提出了针对问题特点的分散搜索算法.该算法采用启发式方法随机产生初始解,开发了适合问题特点的子集产生、合并和改进以及参考集更新等多种改进机制实现对该问题的有效求解.对小规模实例进行分析,验证了加入公差约束的必要性,同时仿真分析了15组不同规模的实例,与遗传算法的结果进行比较,验证了该模型与算法的合理性和有效性.