第三屆上銀優(yōu)秀機(jī)械博士論文摘要選登

論文名稱：大型不規(guī)則薄壁零件測(cè)量-加工一體化制造方法與技術(shù)

論文作者：大連理工大學(xué) / 劉海波

指導(dǎo)教師：王永青《研究領(lǐng)域：數(shù)控及數(shù)字化制造系統(tǒng)、復(fù)雜曲面精密測(cè)量和加工。》

在我國(guó)航空航天、運(yùn)載、國(guó)防等重大工程領(lǐng)域中，出現(xiàn)了一批必須滿足其高性能要求的大型不規(guī)則薄壁零件。該類(lèi)零件往往具有幾何尺寸大、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)剛度低、材料難加工等制造特點(diǎn)，易在精加工階段或前期工序產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)變形，若僅按照原始設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行常規(guī)數(shù)控加工，無(wú)法加工出滿足幾何精度和性能要求的零件。本文以我國(guó)大型/重載液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制為工程背景，依托國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金、裝備預(yù)研基金重點(diǎn)基金和航天科技集團(tuán)委托項(xiàng)目，基于測(cè)量-加工一體化制造策略，開(kāi)展了大型不規(guī)則薄壁零件的高效、可靠加工方法與關(guān)鍵技術(shù)研究。

提出了一種基準(zhǔn)關(guān)聯(lián)約束的目標(biāo)曲面生成方法，基于E.Cartan活動(dòng)標(biāo)架和曲面相伴理論建立了待加工目標(biāo)曲面再設(shè)計(jì)模型，解決了大型不規(guī)則薄壁零件尺寸誤差或結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致待加工曲面實(shí)際面形與其設(shè)計(jì)模型不一致的問(wèn)題。提出了基于截面線法的大型復(fù)雜曲面激光快速掃描測(cè)量方法，研究了入射角導(dǎo)致的激光位移測(cè)量誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償方法，發(fā)明了入射角誤差標(biāo)定裝置，提高了大型復(fù)雜幾何廓形的測(cè)量速度與精度。建立了不銹鋼材料薄壁件銑削過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)模型，研究了慮及高次諧波影響的切削穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，為切削參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化提供了理論依據(jù)。發(fā)明了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管直槽冷卻通道立式對(duì)稱加工方法，研制出集激光傳感器在機(jī)測(cè)量、槽底曲面再設(shè)計(jì)、數(shù)字化銑槽加工于一體的火箭噴管冷卻通道專用加工裝備。

研究成果及研制出的6臺(tái)銑槽加工系列裝備已全部應(yīng)用于中國(guó)航天科技集團(tuán)，解決了我國(guó)高性能液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)重零件的高效、精密加工難題，為我國(guó)現(xiàn)有型號(hào)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的批產(chǎn)和新一代大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成功做出了重要貢獻(xiàn)，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。

論文名稱：重型數(shù)控落地銑鏜床誤差建模及補(bǔ)償技術(shù)研究

論文作者：哈爾濱工業(yè)大學(xué) / 崔崗衛(wèi)

指導(dǎo)教師：姚英學(xué)《研究領(lǐng)域：數(shù)字化與自動(dòng)化制造、精密與超精密切削理論與刀具、新能源裝備。》

高棟《研究領(lǐng)域：數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)、難加工材料的高效加工技術(shù)。》

機(jī)床誤差補(bǔ)償是提高機(jī)床精度的有效方法，一直倍受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。重型機(jī)床的誤差形成機(jī)制更加復(fù)雜、補(bǔ)償難度更大。本文以重型數(shù)控落地銑鏜床為研究對(duì)象，開(kāi)展了重型機(jī)床綜合誤差建模、誤差測(cè)量與辨識(shí)以及誤差補(bǔ)償實(shí)施等關(guān)鍵技術(shù)研究。

提出了一種基于共形幾何代數(shù)的數(shù)控機(jī)床綜合誤差建模新方法，以此為基礎(chǔ)，完成了重型數(shù)控落地銑鏜床大尺寸空間范圍內(nèi)的誤差測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)研究。該方法不需要進(jìn)行小角度假設(shè)和運(yùn)動(dòng)學(xué)解耦，適用范圍更廣，更加適用于具有較大工作空間的重型數(shù)控機(jī)床綜合誤差建模。

提出了一種重型數(shù)控落地銑鏜床滑枕熱伸長(zhǎng)誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)了重型數(shù)控落地銑鏜床滑枕熱伸長(zhǎng)誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，并應(yīng)用于工程實(shí)際。該方法采用一種熱膨脹系數(shù)幾乎為零的因瓦合金桿作為滑枕熱伸長(zhǎng)量檢測(cè)的參考基準(zhǔn)，利用微位移傳感器直接在線實(shí)時(shí)測(cè)量出滑枕的熱伸長(zhǎng)變形量，通過(guò)信號(hào)處理電路將其轉(zhuǎn)化為滑枕的補(bǔ)償脈沖、實(shí)時(shí)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，解決了企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中遇到的重型數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長(zhǎng)變形嚴(yán)重的問(wèn)題，避免了在滑枕上安裝溫度傳感器，能夠適應(yīng)各種工況。

建立了一種重型數(shù)控落地銑鏜床的熱誤差新模型。該模型按照誤差的共形幾何代數(shù)模型對(duì)熱誤差進(jìn)行分離得到相應(yīng)的熱誤差參數(shù)，結(jié)合根據(jù)溫度傳感器優(yōu)化布置策略所選取的熱場(chǎng)分布的關(guān)鍵溫度檢測(cè)點(diǎn)的溫度值，采用多元線性回歸理論進(jìn)行熱誤差的建模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：利用所建立的模型進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償效果明顯，特別是重型數(shù)控落地銑鏜床立柱的熱傾斜誤差補(bǔ)償率可達(dá)70%左右。

提出了一種用于西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)的綜合誤差補(bǔ)償實(shí)施策略，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的補(bǔ)償系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)手輪偏置功能與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，完成了補(bǔ)償系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)的無(wú)縫集成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該補(bǔ)償策略以及開(kāi)發(fā)的補(bǔ)償系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控機(jī)床的綜合誤差補(bǔ)償。