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薄壁回转体零件夹具系统设计及其三维装配仿真研究

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薄壁回转体零件夹具系统设计及其三维装配仿真研究

作者：成蔚中北大学

学位级别：硕士

航天领域某种特定工件目前仍然是通过人工装夹来对其进行加工,生产效率较低。随着我国智能制造进程的推进,为实现产业升级,本文基于柔性制造的背景并针对这种航天领域特定工件设计了一种新型夹具装夹系统。该特定工件是一种薄壁回转体... 详细信息

航天领域某种特定工件目前仍然是通过人工装夹来对其进行加工,生产效率较低。随着我国智能制造进程的推进,为实现产业升级,本文基于柔性制造的背景并针对这种航天领域特定工件设计了一种新型夹具装夹系统。该特定工件是一种薄壁回转体铝合金零件,需对其外表面进行车削加工。装夹夹具不仅需要满足工件的外表面在夹持时不能被损伤且需进行车削加工的要求,还要实现柔性化智能制造生产线中基于机器人的上下料过程,并保证在此过程中待加工工件的位置精度、加工精度等。在计算机辅助技术还未普及之前,传统的夹具设计主要是通过草图设计、加工、调试的循环过程来进行最终方案的确定。这种方法不仅耗时时间长,而且成本高,对资源造成了极大的浪费,产品的性能也没有一个好的保证。因此,本次在夹具的设计开发阶段就引入计算机辅助技术,对夹具的夹持力、工件所受切削力等进行理论及软件计算,通过所得数据对夹具的设计方案进行验证优化。最后对夹具体进行建模、可视化装配以及仿真,为现代制造企业的相关夹具生产及智能制造产业的发展提供了思路。首先,本文简单阐述了国内外智能制造的发展背景以及所涉及到的相关内容概况,并对国内外智能制造、特定夹具装夹技术、数字化装配的发展现状进行了详细阐述。最后说明了本文后续主体内容,并对研究路线以及章节安排进行了详细规划。其次,对夹具相关基本内容进行了详细说明,为之后的夹具装夹方式的选择提供理论依据。根据夹具的设计基本要求以及实现功能确定以真空吸附为夹持形式,并且对其结构以及工作原理进行设计,后续对该吸附夹具的工作原理进行了详细说明。为验证工件在该夹具的夹持下是否能够满足要求,便对工件所受吸附力以及切削力进行理论、软件分析。并基于ANSYS有限元分析软件对工件进行受力变形分析,进一步验证优化夹具设计方案。最后,基于UGNX对夹具系统进行三维可视化装配与数字化仿真模拟,为后续实验装配进行虚拟指导,并为数字化工厂建设提供仿真数据支持。之后通过现场实验平台对夹具设计方案进行验证,并详细阐述了真空吸附系统工作原理以及机器人自动上下料的程序特点及编译内容,结合实验最终结果分析夹具设计方案可行性。

关键词：薄壁回转体夹具设计真空吸附有限元分析三维可视化装配

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薄壁回转体几何尺寸测量的数据可视化研究

薄壁回转体几何尺寸测量的数据可视化研究

作者：李旭大连理工大学

学位级别：硕士

某种薄壁回转体零件是高速飞行器的关键部件，其制造精度是影响高速飞行器性能的直接因素。对薄壁回转体的外廓形、壁厚等几何参数进行精密测量是检验其制造精度的有效手段。此类三维复杂曲面的薄壁回转体零件，深径比大，对几何参数的... 详细信息

某种薄壁回转体零件是高速飞行器的关键部件，其制造精度是影响高速飞行器性能的直接因素。对薄壁回转体的外廓形、壁厚等几何参数进行精密测量是检验其制造精度的有效手段。此类三维复杂曲面的薄壁回转体零件，深径比大，对几何参数的测量精度要求高(微米级)，现有的测量设备和测量技术在精度和效率上都无法满足高性能薄壁回转体零件的研制需求，因此本课题组研发了高精度、高效率的薄壁回转体几何尺寸检测设备。本文就该设备检测数据可视化的数学基础、方法与技术、软件编程实现等方面展开研究。针对薄壁回转体几何形状特点以及几何尺寸测量精度要求，阐述了薄壁回转体外廓形和几何厚度测量原理，以及“一次装夹、两种测量、三轴联动”的总体设计方案。分析总结了数据可视化的曲线、曲面重构技术数学基础。对本论文研究的测量数据可视化技术将要运用的NURBS曲面重构、三次样条拟合和插值算法等数学方法，进行了详尽的表述和分析，为实现薄壁回转体测量数据的可视化作了重要铺垫。提出了一种薄壁回转体外廓型面数据可视化描述的NURBS曲面反求算法。根据该检测设备测得的外廓形数据，利用曲面型值点反求NURBS曲面控制点算法，并对节点矢量计算及边界条件构造进行了初步研究，给出了此种薄壁回转体外廓型面NURBS表达方法。研究了基于三次样条曲线拟合及插值算法的壁厚测量数据可视化技术。针对壁厚区域检测方式得到的数据，利用三次样条拟合测量母线，并采用插值算法计算测量区域网格点坐标、壁厚等数据，构建壁厚测量区域曲面。开发了测量数据可视化软件系统。基于VC++6.0开发平台，利用OpenGL编程技术，实现了测量数据预处理、薄壁回转体外廓型面可视化、壁厚误差三维云图和二维截面云图可视化。配置本测量数据可视化系统的薄壁回转体几何尺寸检测设备已经交付某单位应用，解决了此类薄壁回转体几何参数精密测量的难题。应用结果表明，本测量数据可视化软件系统显示效果逼真，人机界面友好，输出数据准确，运行稳定。

关键词：薄壁回转体几何尺寸检测可视化曲面重构 OpenGL

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薄壁回转体几何参数精密测量的轨迹规划

薄壁回转体几何参数精密测量的轨迹规划

作者：郝宏大大连理工大学

学位级别：硕士

薄壁回转体是高速飞行器的关键部件，高性能高速飞行器对薄壁回转体的制造精度有着严格的要求。对薄壁回转体的外廓形、壁厚等几何参数进行精密测量是检验高速飞行器制造精度的有效手段。薄壁回转体是三维复杂曲面的薄壁零件，由于孔深... 详细信息

薄壁回转体是高速飞行器的关键部件，高性能高速飞行器对薄壁回转体的制造精度有着严格的要求。对薄壁回转体的外廓形、壁厚等几何参数进行精密测量是检验高速飞行器制造精度的有效手段。薄壁回转体是三维复杂曲面的薄壁零件，由于孔深径小，结构大且复杂，对几何参数的测量精度要求高(微米级)，目前尚无现成的测量设备和测量技术能在测量精度和效率上满足高性能薄壁回转体的研制需求，因此必须研发高精度、高效率的全自动薄壁回转体几何参数测量设备。本论文主要针对薄壁回转体几何参数检测设备的测量路径规划、轨迹规划的数学方法、测量系统精度分析补偿及校准方法和测量轨迹规划的软件开发等方面展开研究。提出了薄壁回转体外廓型面和壁厚测量的路径规划方案。根据测量采样和测量时间的要求从几种路径规划方案中选择出一种最佳的测量路径，从而达到了有序、快速、高效地测量外廓表面上的各个实际点坐标及其法向壁厚的目的。针对外轮廓测量得到的数据，利用三阶曲线插值算法计算母线插值点坐标和法向量等数据，构建出外廓形母线模型方程。采用了一种钳式测量头架沿测点切线方向等长点迹线运动测量薄壁回转体法向壁厚的方法，根据这种方法导出了测量运动轨迹生成的算法，并且将以往两工位上测量改成一工位上测量，这种改进减少了由变化工位所带来的位置误差，简化了工序，提高了精度。在数据处理方面，研究了原始测量数据中奇异点的剔除、数据的截断与延拓方法和数据的一致化处理方法，解决了测量数据中存在的噪声、测量数据不均匀、边界不整齐等问题。根据测量系统的精度要求，研究了一套测量系统精度分析补偿方法和校准方法。测量系统精度分析补偿方法主要研究伺服轴定位精度及回程间隙补偿、直线轴二维精度补偿以及测量钳铰接点的位置误差对几何厚度测量精度的影响。几何测量设备校准方法的研究主要包括法向壁厚测量精度的校准方法和外廓形测量精度的校准方法。开发了几何参数测量轨迹规划的软件系统。使用VC++编程技术，实现了数据的预处理，外廓数据的一致化处理，薄壁回转体外廓形的建模，几何厚度的轨迹生成，数控测量代码的生成等功能。配置几何参数测量轨迹规划软件系统的薄壁回转体几何尺寸检测设备已经交付使用，解决了薄壁回转体几何参数精密测量的难题。

关键词：薄壁回转体几何参数精密测量轨迹规划三次样条

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薄壁回转体廓形误差评定方法的研究

薄壁回转体廓形误差评定方法的研究

作者：王恩珩大连理工大学

学位级别：硕士

薄壁回转体是高速飞行器的关键部件，其制造精度是影响高速飞行器飞行稳定性和制导性能的直接因素。对薄壁回转体的外廓形、壁厚等几何参数进行精密测量是检验薄壁回转体制造精度的有效手段。薄壁回转体系三维复杂曲面的薄壁零件，深径... 详细信息

薄壁回转体是高速飞行器的关键部件，其制造精度是影响高速飞行器飞行稳定性和制导性能的直接因素。对薄壁回转体的外廓形、壁厚等几何参数进行精密测量是检验薄壁回转体制造精度的有效手段。薄壁回转体系三维复杂曲面的薄壁零件，深径比大，对几何参数的测量精度要求高(微米级)，现有的测量设备和测量技术在测量精度和效率上都无法满足高性能薄壁回转体的研制需求，因此必须研发高精度、高效率的全自动薄壁回转体几何参数测量设备。本文针对该设备的廓形误差评定等方面展开研究。论文分析了定位误差产生的原因，推导了误差修正模型，首先对每个测点坐标进行修正，先利用最小二乘法拟合每个测量截面中心坐标和实际最小二乘轴线，计算出实际轴线与理想轴线的夹角，使修正坐标系和测量坐标系重合，最终完成测点坐标修正，消除定位误差，降低了对薄壁回转体的安装精度要求。论文对复杂母线回转体廓形误差评定技术和误差修正技术的现状和发展作了综述。由于薄壁回转体母线的保密性，先用三次样条法拟合了薄壁回转体的母线，为数据处理作好准备。介绍了以鞍点规划的理论、曲面的Frenet标架运算及相伴曲面方法为基础的廓形误差的几何模型和评定模型。用最小二乘法对薄壁回转体廓形误差进行了评定。以VC++ 6.0为编程语言，开发了软件系统。实现了数据的自动处理功能、误差评定及可视化输出功能等。系统运行稳定，人机界面友好，智能化程度高，满足薄壁回转体几何参数测量要求，在很大程度上提高了薄壁回转体几何参数测量的柔性与自动化程度，也方便软件系统以后的更新和维护。

关键词：薄壁回转体坐标修正最小二乘法廓形误差评定

SiCp/Al复合材料薄壁回转体变形的仿真分析

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材料科学与工程学报 2017年第3期35卷 455-462页

作者：侯峰黄树涛许立福焦可如于晓琳沈阳理工大学机械工程学院辽宁沈阳110159

运用有限元仿真软件ABAQUS对体积分数为56%的SiCp/Al复合材料薄壁回转体在静载荷作用下的应力、变形及应变进行了仿真研究,研究了载荷施加位置、外径和壁厚对SiCp/Al复合材料圆筒薄壁件的应力、变形及应变的影响规律。结果表明:在其他... 详细信息

运用有限元仿真软件ABAQUS对体积分数为56%的SiCp/Al复合材料薄壁回转体在静载荷作用下的应力、变形及应变进行了仿真研究,研究了载荷施加位置、外径和壁厚对SiCp/Al复合材料圆筒薄壁件的应力、变形及应变的影响规律。结果表明:在其他条件一致的情况下,回转体的外径越小、壁厚越大、受力点距离施加全约束的一端越近,回转体受到外载荷引起的最大应力、最大变形及最大应变越小。薄壁回转体工件的壁厚对工件最大应力、最大变形及最大应变的影响最为显著。当壁厚增加到1mm以上时,最大应力、最大变形及最大应变的变化不明显。

关键词： SiCp/Al复合材料薄壁回转体应力变形应变

正交车铣SiCp/Al复合材料薄壁回转体振动信号的实验分析

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制造技术与机床 2016年第1期 116-120页

作者：郭俊文黄树涛许立福焦可茹沈阳理工大学辽宁沈阳110159

运用MAZAK INTEGREX200Y机床上正交车铣SiCp/Al复合材料薄壁回转体试件,通过PCI-1712高速数据采集卡采集刀杆主轴的加速度振动信号,分析了不同刀具转速和工件转速对刀杆主轴振动的影响。结果表明切削力激振频率"i远小于薄壁件固有频率,... 详细信息

运用MAZAK INTEGREX200Y机床上正交车铣SiCp/Al复合材料薄壁回转体试件,通过PCI-1712高速数据采集卡采集刀杆主轴的加速度振动信号,分析了不同刀具转速和工件转速对刀杆主轴振动的影响。结果表明切削力激振频率"i远小于薄壁件固有频率,且使用该参数不会引起颤振;刀具转速对切削振动有很大影响,正交车铣加工时应通过调整转速比,避开颤振敏感的刀具速度。分析结果对正交车铣加工薄壁件有指导意义。

关键词： Si Cp/Al复合材料薄壁回转体正交车铣振动

正交车铣加工SiCp/Al复合材料薄壁回转体的谐响应分析

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组合机床与自动化加工技术 2015年第10期 19-22,27页

作者：郭俊文黄树涛许立福焦可茹沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159

文章运用ANSYS11.0建立了Si Cp/Al复合材料薄壁回转体的三维实体模型,并进行了模态分析。通过模态叠加法在工件的自由一端、离自由一端1/3工件长度、离自由一端2/3工件长度处施加不同简谐激振力进行谐响应分析获得了振幅频率曲线,确定了... 详细信息

文章运用ANSYS11.0建立了Si Cp/Al复合材料薄壁回转体的三维实体模型,并进行了模态分析。通过模态叠加法在工件的自由一端、离自由一端1/3工件长度、离自由一端2/3工件长度处施加不同简谐激振力进行谐响应分析获得了振幅频率曲线,确定了0~5000Hz的共振频率点及应避开的频率范围。结果表明：Si Cp/Al复合材料薄壁圆柱壳各阶固有频率均较高,第1、3、5阶振型均为整体振动,第7阶振型为扭振,第9阶振型整体表现为弯曲振动;随着对Si Cp/Al复合材料薄壁回转体简谐激振力增大,其振动振幅也随着增大;而工件几何尺寸对固有频率影响较大。其分析结果可以为在薄壁回转体加工中,合理选择铣刀转速和齿数,可使切削力频率避开共振区间,有利于得到更好的表面质量。

关键词： SiCp/Al复合材料薄壁回转体谐响应振动

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薄壁回转体的滚压工艺

金属加工（冷加工） 2012年第24期 39-39,57页

作者：于波黑龙江北方汽车制动系统有限公司齐齐哈尔161006

1．工艺分析笔者总公司科研所的某科研项目，其产品零部件壳体和筒体都是薄壁回转壳体件（见图1和图2）。

关键词：薄壁回转体滚压工艺产品零部件科研项目壳体件科研所

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薄壁回转体零件五轴3D打印加工工艺研究

工具技术 2018年第11期52卷 89-92页

作者：汪祥唐新宇邓晓鹏李昊翔赵明宇刘长青南京航天航空大学

对于传统三轴3D打印机,材料只能在一个方向上层层累积,在打印悬浮结构零件时需要打印多余的支撑结构。而五轴3D打印平台可随时调整打印平面的方位,使打印结构的倾斜角度始终小于其临界支撑角,可避免添加支撑结构。通过对五轴3D打印加工... 详细信息

对于传统三轴3D打印机,材料只能在一个方向上层层累积,在打印悬浮结构零件时需要打印多余的支撑结构。而五轴3D打印平台可随时调整打印平面的方位,使打印结构的倾斜角度始终小于其临界支撑角,可避免添加支撑结构。通过对五轴3D打印加工工艺的研究,提出了薄壁回转体类零件的五轴3D打印加工指令的生成方法,并进行了实际设计与打印,结果表明本文提出的五轴3D打印方案有效可行。

关键词：五轴3D打印薄壁回转体加工工艺