一種大型曲面薄壁件的多點定位方法技術

本發明專利技術提供一種大型曲面薄壁件的多點定位方法，以解決現有的六點定位原理對于剛度差和跨度大空間大型曲面薄壁件已不在適用此類工件的加工的問題。本發明專利技術是這樣實現的，一種大型曲面薄壁件的多點定位方法，所述的一種大型曲面薄壁件的多點定位方法包括以下步驟：步驟一：初始化設置基礎定位/支撐分布；步驟二：分析確定逐點自由度；步驟三：自適應調整定位/支撐分布；步驟四：計算多點定位誤差；步驟五：最后確定定位點。通過設置的逐點自由度的大小反映了工件在該處對定位元件的需求程度，保證工藝系統剛度最大化基本上能夠解決現有的六點定位原理對于剛度差和跨度大空間大型曲面薄壁件已不在適用此類工件的加工的問題。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提供，以解決現有的六點定位原理對于剛度差和跨度大空間大型曲面薄壁件已不在適用此類工件的加工的問題。本專利技術是這樣實現的，，所述的包括以下步驟：步驟一：初始化設置基礎定位/支撐分布；步驟二：分析確定逐點自由度；步驟三：自適應調整定位/支撐分布；步驟四：計算多點定位誤差；步驟五：最后確定定位點。通過設置的逐點自由度的大小反映了工件在該處對定位元件的需求程度，保證工藝系統剛度最大化基本上能夠解決現有的六點定位原理對于剛度差和跨度大空間大型曲面薄壁件已不在適用此類工件的加工的問題?！緦＠f明】
本專利技術涉及多點定位方法
，具體涉及一種大型曲面薄壁件的多點定位方 法。
技術介紹
目前，航空航天工業中大量采用空間曲面薄壁零件，其特點是重量輕、結構復雜， 是減小能耗和提高性能的最佳選擇；空間曲面薄壁零件結構復雜、剛性差、需求數量等因素 決定其制造工藝復雜、批量化要求高。空間曲面薄壁零件剛性差，在加工過程中因受到切削 力、夾緊力以及切削熱和殘余應力極易產生變形，所以控制加工變形是保證空間曲面薄壁 零件數控加工質量的關鍵。在眾多的加工變形控制措施中，如進給量局部調整、刀具路徑修 正、改進裝夾方案和改進毛坯的結構工藝性等，裝夾方案是其中的重要一項。夾具可以 保證被加工工件在機床上獲得正確的位置，并在加工中防止由于切削力造成的位置改變及 工件變形，夾具也是實現批量化生產的重要的工藝裝備。目前一些航空航天企業的夾具設 計現狀是：設計隨意性大、規范性和重用性差；夾具設計資源沒有得到有效管理；夾具設計 質量依賴于個人設計水平，沒有經過優化等等。因此夾具設計效率和設計質量依然是影響 產品快速響應的"瓶頸"因素，成為目前航空航天產品高效、高精數控加工迫切需要解決的 問題之一。由于現有的六點定位原理對于剛度差和跨度大空間大型曲面薄壁件已不在適用 此類工件的加工的問題。 因此，專利技術顯得非常必要。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供，以解 決現有的六點定位原理對于剛度差和跨度大空間大型曲面薄壁件已不在適用此類工件的 加工的問題。本專利技術是這樣實現的，，所述的一種大型 曲面薄壁件的多點定位方法包括以下步驟： 步驟一：初始化設置基礎定位/支撐分布； 步驟二：分析確定逐點自由度； 步驟三：自適應調整定位/支撐分布； 步驟四：計算多點定位誤差； 步驟五：最后確定定位點。 進一步，在步驟一中，進行初始化，設置好基礎定位/支撐分布在工件的部位； 進一步，在步驟二中，根據步驟一中設置好基礎定位/支撐分布，切削加工過程 中，工藝系統在外力作用下，會在各個受力方向產生相應的變形，其中對加工精度影響最大 的是沿加工面法向的壓力F和變形y。因此，工藝系統的剛度定義為k，對于大型薄壁件，由 于其跨度大，剛度很小，即使按照傳統的六點定位原理約束了工件所有的自由度，在定位元 件較少的部位，加工過程中仍然會產生很大的變形。針對這種狀況，大型薄壁件的逐點自由 度的定義，d = e-k為工件上某點的逐點自由度，k為工件在該點的剛度，工件的自由度就 和剛度聯系在了一起，工件上不同部位有著不同的逐點自由度，若某處存在定位元件，該處 剛度趨近于無窮大，逐點自由度近似為〇,表明該處的工件已經被充分定位；若某處距離定 位元件很遠，則該處剛度很小，逐點自由度趨近于1，可以理解為，該處需要添加一個定位元 件，從而分析確定逐點自由度； 進一步，在步驟三中，根據確定的逐點自由度，自適應調整定位/支撐分布，具體 為，大型薄壁件可看作力學系統中的薄殼構件，因此工件在工裝上的定位/支撐情況可作 為一個薄殼支撐系統來對待，加工過程中，刀具的切削力直接作用于工件表面，相當于給薄 殼系統施加了一集中載荷F，同時各定位/支撐點將產生相應的支反力。在切削力和支反力 的共同作用下，工件在受力點處變形為y，則可以得出該處的逐點自由度d，當某一區域的 逐點自由度大于工件平均逐點自由度時，該區域的等效支撐面積應增大，反之，則減??；根 據上述信息，定位/支撐分布的自適應調整過程可以表述為如下的優化問題：為了使系統 的整體剛度最大，在給定總支撐能力C max的約束條件下，求各區域的等效支撐面積，使工 件的最大逐點自由度趨于最小，數學描述為， 目標函數 d max = f(Sl，S2, · · ·，SN); 約束條件(3 ￡C max ; 求優化變量Sl，S2,...，SN ;使得d max ?min,根據求出的最優Sl，S2,...，SN 值，即可確定定位/支撐分布，從而實現變形控制。 進一步，在步驟四中，計算多點定位誤差，具體為，預先計算每個接觸位置的支反 力Ni, j，定位/支撐球半徑為r，其與工件的壓接觸半徑遠小于r，同時工件的曲率半徑遠大 于r，工件在接觸局部可看作平面，根據Hertz接觸理論，由支反力造成的定位/支撐球與工 件接觸位置的變形可以表達將得到的各個接觸位置的變形d i，j作為定位約束條件，用有 限元法重新計算，即可求解出存在定位誤差時工件的真實變形。薄壁零件在夾具系統中的 數學定義可以表示為：如果工裝系統的坐標系用? (oXYZ)表示，薄壁件自身的坐標系用a (o*X*Y*Z*)表示，薄壁零件在定位工裝系統中的定位可以由& (o*X*Y*Z*)在& (oXYZ)中 的位資表述，即存在一個確定的向量T，使得& (oXYZ) =T X& (〇*X*Y*Z*) 其中：Τ = ，Τ中：sx、sy、sz分別是薄壁零件坐標系的坐 標原點相對于工裝系統坐標原點的位移量；q x、q y、q z分別是工裝系統坐標系按順序沿 X、y、ζ軸旋轉形成薄壁零件自身坐標系所轉過的角度。在這個過程中，假設薄壁零件上第 i個定位點在自身坐標系i (〇*X*Y*Z*)中的坐標是（Xi*，Yi*Zi*)，定位頭在工裝系統坐標 系a (οχγζ)中對應的坐標是（xi，Yi，zi)，則一定有（xi，Yi，zi) = tx (xi*，Yi*zi*)，定位 的本質上就是把求得的T中的sx、sy、sz轉換為伺服電機的轉動量，進而得出多點定位誤 差。 進一步，在步驟五中，最后確定定位點的具體分為4個步驟： 第一步：初步計算出薄壁工件表面上要定位/支撐點的所有位置坐標{(χ，γ，ζ)}， 由于定位點的個數受支撐桿數量的限制，所以點的分布需要綜合考慮薄壁件的變形、強度、 重力及待加工部位的受力情況等諸多因素； 第二步：根據所求出的初步位置以及法矢量進而求出與其相切的各立柱定位頭球 心{(X*，Y*，Z*)}; 第三步：根據同一齒輪座上所有立柱X軸坐標值相同的特點，對所求的定位球心 坐標進行最小二乘法直線擬合，從而得到新的{(XI*，Y1*)}坐標； 第四步：應用最小二乘法擬合得到的{(XI*，Y1*)}坐標即可反求出立柱前段定位 頭球心的坐標位置{(Z*)}，即Z軸的定位高度計算。 采用本專利技術的，通過設置的逐點自由度的大 小反映了工件在該處對定位元件的需求程度，然后，基于逐點自由度，提出了自適應的多點 定位方法，在考慮到多點定位誤差的同時，自適應地調整本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大型曲面薄壁件的多點定位方法，所述的一種大型曲面薄壁件的多點定位方法包括以下步驟：步驟一:初始化設置基礎定位/支撐分布；步驟二:分析確定逐點自由度；步驟三:自適應調整定位/支撐分布；步驟四:計算多點定位誤差；步驟五:最后確定定位點。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹巖，杜江，白瑀，李靖，
申請(專利權)人：西安工業大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61