多源約束面形再設計類複雜曲面零件的加工理論與技術

《多源約束面形再設計類複雜曲面零件的加工理論與技術》是依託大連理工大學,由賈振元擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：多源約束面形再設計類複雜曲面零件的加工理論與技術
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：賈振元

項目摘要

針對國家重大裝備中複雜曲面零件的結構特點和性能要求，突破以保證原始設計尺寸為唯一控制目標的加工-測量-再加工-再測量的傳統製造理念，提出保證性能要求為主要目標的多源約束面形再設計類複雜曲面零件測量-再設計-加工的新思想，構建幾何約束面形唯一類、多源約束面形再設計類複雜曲面零件的分類製造體系。研究幾何、物理等多源約束耦合作用機理、約束與零件性能的映射關係等共性基礎理論，建立多源約束與零件性能的關聯關係模型和再設計曲面精確數學模型。結合重大工程中的典型零件，研究大型複雜曲面零件多參數精密測量、多源異構海量信息建模與快速處理、大型低剛度零件安裝、不規則再設計曲面高效加工運動幾何規劃、測量加工一體化加工裝備集成設計與協調控制等方法和技術，形成多源約束面形再設計類複雜曲面零件精密加工的新原理、新方法與新技術。研究成果可豐富複雜曲面設計加工理論，為我國重大裝備關鍵零件高效精密加工提供技術支撐。

結題摘要

複雜曲面零件是航空航天、國防、能源動力等國家重大工程領域高端裝備的關鍵零部件，其加工能力代表著國家製造水平。傳統複雜曲面零件通常的加工目標是保證原始設計曲面幾何精度，幾何要求是唯一約束。隨著高端裝備的發展，出現了一批以性能為第一製造要求的高性能複雜曲面零件，其最終加工面形受幾何、材料、工藝過程等多因素約束，須按照性能要求重新設計目標曲面。根據零件最終加工面形與原始設計曲面是否一致，提出了一種複雜曲面零件分類方法，即幾何約束面形唯一類複雜曲面零件和多源約束面形再設計類複雜曲面零件。項目針對多源約束面形再設計類複雜曲面零件精密加工難題，提出了保證零件性能要求為主要目標的多源約束面形再設計類複雜曲面零件“測量-再設計-數字加工”一體化的新思想，開展了相應的基礎理論和關鍵技術研究。研究出性能驅動的面形再設計原理與方法，包括基準關聯約束的精加工目標曲面生成方法、多源約束與性能間的耦合關聯模型、幾何修正補償物理性能偏差的補調方法等。開發出面向再設計的典型複雜曲面零件幾何或物理參量在位測量技術，包括大型複雜曲面快速跟蹤掃描測量、模擬接觸式高精度三維掃描測頭、接觸跟蹤測量速度智慧型控制、雷射定向測量中入射角誘導的測量誤差補償等技術。研究出基於“整體分割、局部再設計、光滑拼接”策略的大型複雜曲面再設計過程中的海量數據處理方法，包括奇異特徵挖掘、噪聲剔除和數據平滑等預處理技術和曲面光滑拼接技術。提出了面向大型複雜曲面高效加工的基於能量泛函的定域映射和自由邊界映射的兩種高效加工路徑規劃方法以及基於切削力預測與路徑最佳化的協調路徑規劃方法。研究出大柔度曲面零件自適應曲面接觸多點壓緊固持方法、大型薄壁迴轉零件定位面均勻接觸與預應力約束控制的安裝方法，解決了典型大型低剛度複雜曲面零件可靠安裝難題。構建了多源約束面形再設計類複雜曲面零件“測量-再設計-數字加工”一體化的技術體系，形成了複雜曲面精密加工的新原理、新方法與新技術。以大型運載火箭蜂窩共底構件、液體火箭發動機噴管、飛機風洞顫振模型、大型壓縮機整體葉輪等典型高性能複雜曲面零部件精密製造為依託，研製出大型運載火箭蜂窩共底構件數位化加工技術與裝備、液體火箭發動機噴管數位化加工技術與裝備、飛機高性能跨聲速風洞試驗複合材料顫振模型製造技術、高性能整體葉輪精密加工技術，並獲得工程套用。