[发明专利]一种大型曲面薄壁件的多点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及多点定位方法技术领域，具体涉及一种大型曲面薄壁件的多点定位方法。

背景技术

目前，航空航天工业中大量采用空间曲面薄壁零件，其特点是重量轻、结构复杂，是减小能耗和提高性能的最佳选择；空间曲面薄壁零件结构复杂、刚性差、需求数量等因素决定其制造工艺复杂、批量化要求高。空间曲面薄壁零件刚性差，在加工过程中因受到切削力、夹紧力以及切削热和残余应力极易产生变形，所以控制加工变形是保证空间曲面薄壁零件数控加工质量的关键。在众多的加工变形控制措施中，如进给量局部调整、刀具路径修正、改进装夹方案和改进毛坯的结构工艺性等，装夹方案是其中的重要一项[2]。夹具可以保证被加工工件在机床上获得正确的位置，并在加工中防止由于切削力造成的位置改变及工件变形，夹具也是实现批量化生产的重要的工艺装备。目前一些航空航天企业的夹具设计现状是：设计随意性大、规范性和重用性差；夹具设计资源没有得到有效管理；夹具设计质量依赖于个人设计水平，没有经过优化等等。因此夹具设计效率和设计质量依然是影响产品快速响应的“瓶颈”因素，成为目前航空航天产品高效、高精数控加工迫切需要解决的问题之一。由于现有的六点定位原理对于刚度差和跨度大空间大型曲面薄壁件已不在适用此类工件的加工的问题。

因此，发明一种大型曲面薄壁件的多点定位方法显得非常必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大型曲面薄壁件的多点定位方法，以解决现有的六点定位原理对于刚度差和跨度大空间大型曲面薄壁件已不在适用此类工件的加工的问题。本发明是这样实现的，一种大型曲面薄壁件的多点定位方法，所述的一种大型曲面薄壁件的多点定位方法包括以下步骤：

步骤一:初始化设置基础定位/支撑分布；

步骤二:分析确定逐点自由度；

步骤三:自适应调整定位/支撑分布；

步骤四:计算多点定位误差；

步骤五:最后确定定位点。

进一步，在步骤一中，进行初始化，设置好基础定位/支撑分布在工件的部位；

进一步，在步骤二中，根据步骤一中设置好基础定位/支撑分布，切削加工过程中，工艺系统在外力作用下，会在各个受力方向产生相应的变形，其中对加工精度影响最大的是沿加工面法向的压力F和变形y。因此，工艺系统的刚度定义为k，对于大型薄壁件，由于其跨度大，刚度很小，即使按照传统的六点定位原理约束了工件所有的自由度，在定位元件较少的部位，加工过程中仍然会产生很大的变形。针对这种状况，大型薄壁件的逐点自由度的定义，d＝e-k为工件上某点的逐点自由度，k为工件在该点的刚度，工件的自由度就和刚度联系在了一起，工件上不同部位有着不同的逐点自由度，若某处存在定位元件，该处刚度趋近于无穷大，逐点自由度近似为0，表明该处的工件已经被充分定位；若某处距离定位元件很远，则该处刚度很小，逐点自由度趋近于1，可以理解为，该处需要添加一个定位元件，从而分析确定逐点自由度；

进一步，在步骤三中，根据确定的逐点自由度，自适应调整定位/支撑分布，具体为，大型薄壁件可看作力学系统中的薄壳构件，因此工件在工装上的定位/支撑情况可作为一个薄壳支撑系统来对待，加工过程中，刀具的切削力直接作用于工件表面，相当于给薄壳系统施加了一集中载荷F，同时各定位/支撑点将产生相应的支反力。在切削力和支反力的共同作用下，工件在受力点处变形为y，则可以得出该处的逐点自由度d,当某一区域的逐点自由度大于工件平均逐点自由度时，该区域的等效支撑面积应增大，反之，则减小；根据上述信息，定位/支撑分布的自适应调整过程可以表述为如下的优化问题：为了使系统的整体刚度最大，在给定总支撑能力C max的约束条件下，求各区域的等效支撑面积，使工件的最大逐点自由度趋于最小,数学描述为,

目标函数d max＝f(S1,S2,...,SN)；

约束条件C￡C max；

求优化变量S1,S2,...,SN；使得根据求出的最优S1,S2,...,SN值，即可确定定位/支撑分布，从而实现变形控制。