复杂曲面误差在机检测及反馈补偿方法研究

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1、天津大学硕士学位论文复杂曲面误差在机检测及反馈补偿方法研究ResearchofOn-MachineVerificationandErrorFeedbackCompensationMeansforComplexSurface一级学科：机械工程学科专业：机械工程作者姓名：俞冠珉指导教师：何改云教授天津大学机械工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的

2、同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要复杂曲面类零件在机械、航空航天和国防等行业都有着广泛的应用，其特征曲面的形状误差对零件的质量和性能有着重

3、要影响。然而在实际情况中，复杂曲面的加工误差是不可避免的，因此有必要对曲面本身进行数据采样来补偿消除部分误差，从而提高曲面质量。采用传统检测方式如三坐标测量需要进行多次辅助定位装夹，这会引入重复定位误差，对检测数据的有效性造成影响。而在机检测技术的出现则较好地解决了这一问题，该技术将加工和检测集成到一起，可以实现多阶段加工过程中的测量反馈及加工补偿，对保证复杂曲面加工精度和降低废品率等方面都具有重要意义。基于此，本文主要完成了以下几个方面的相关工作：首先，对复杂曲面检测路径的规划问题进行了研究。将传统的旅行商问题转变为最优分配问题进行分析，在确定距离矩阵后采用KM算

4、法对既定采样点的检测顺序进行优化，使得总行程段最短。期间考虑到两种问题的差异对优化结果造成的不利影响以及算法本身的效率问题，采用聚类的思想对检测区域进行划分以提高运算效率，并提出一种数据结合的手段对错误的结果加以修正。此外，提出一种基于空间判断的静态仿真方法，将检测过程中的干涉检查转化为一些简单几何图形间的空间求交计算，快速获取干涉区域并进行调整，最终得到一条无干涉的最优检测路径。其次，提出“镜像-匹配-补偿加工”的检测反馈补偿策略，利用镜像变形的思想消除加工参数不一致造成的系统误差，同时为了解决补偿阶段过切造成的反向补偿无效问题，将后置补偿过程转变为预补偿过程进行

5、处理，并用粒子群算法对理论曲面的空间位姿进行优化，使得镜像点集到该曲面的最大距离最小，进而以优化结果作为补偿对象更新加工的刀位信息。最后，在DMU60monoblock五轴加工中心上实现了五轴平台的在机检测功能，完成了复杂曲面的在机检测及加工误差的反馈补偿，通过对实验数据的分析以及三坐标测量实验等手段，验证了本文所提出五轴在机检测方法及反馈补偿策略的有效性。关键词：五轴在机检测；复杂曲面；路径规划；反馈补偿IAbstractPartswithcomplexsurfaceshaveawiderangeofapplicationsinmechanical,aerospa

6、ceanddefenseindustries,andtheshapeerrorofthesurfacehasanimportanteffectonthequalityandperformanceoftheseparts.Inpractice,however,themachiningerrorofcomplexsurfaceisunavoidable,itisnecessarytosampledataonthesurfacetocompensatepartialerrors,therebyimprovingthesurfacequality.Traditionalme

7、thodssuchasthreecoordinatesmeasuringmachine(CMM)requireadditionalpositioningandclamping,whichwouldintroducetherepeatpositioningerrorsandaffectthevalidityofdetectiondata.Inthissituation,onmachineverification(OMV)technologyisintroducedtosolvethisproblem.Thetechnologyintegratesprocessin