基于动态加工特征的复杂曲面加工方法

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1、中图分类号：V262.3;TP391.7论文编号：102870515-B012学科分类号：082503博士学位论文基于动态加工特征的复杂曲面加工方法研究生姓名刘旭学科、专业航空宇航制造工程研究方向数字化设计与制造指导教师李迎光教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年六月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringDynamicFeaturebasedComplexFreeformSurfaceMachi

2、ningAThesisinManufacturingEngineeringofAeronauticsandAstronauticsbyXuLiuAdvisedbyProf.YingguangLiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyJune,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育

3、机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2015.06.29南京航空航天大学博士学位论文摘要飞机进气道鼓包、翼身融合曲面等大量复杂曲面，其复杂的几何特性及苛刻的加工要求往往导致曲面在不同区域内对应不同的优化加工策略，无法基于单个加工区域实现高质量、高效率加工。针对以上问题，本文对基于动态加工特征的复杂曲面加工方法进行了深入研究，主要成果如下：（1）提出了复杂曲面动态加工特征建模方法。针对现有加工特

4、征不支持复杂曲面分区优化加工的问题，研究了复杂曲面分区优化加工策略，复杂曲面分区随加工阶段、制造资源及加工要求的变化而动态变化，称之为复杂曲面动态加工特征。针对现有基于纯量或向量的曲面分区方法仅能得到局部优化解的问题，建立了曲面任意点处优化目标函数的二阶张量，并基于张量场的三分退化点确定多个加工区域相交点，进而以相交点为起点、以最优进给方向为切向构造曲面内部边界，实现了复杂曲面动态加工特征建模，为复杂曲面分区优化加工奠定了理论和技术基础。（2）提出了基于切宽张量的复杂曲面分区加工方法。针对基于现有二维刀具有效切削轮廓难以直接给出切宽张量的问题，将通用回转体刀具在曲面上一点

5、沿各进给方向运动时不断变化的二维刀具有效切削轮廓转换为一个在绝对坐标系中不变的三维连续曲面，称之为刀具有效切削曲面。定义了刀具有效切削曲面与零件曲面的法向逼近距离，给出了法向逼近距离的张量模型，并证明了在给定切触点处，刀具沿不同进给方向运动时的切宽与其密切平面内的法向逼近距离呈正比，进而给出了切宽张量，实现了基于切宽张量的复杂曲面加工区域划分及分区刀轨计算。（3）提出了面向复杂曲面数控加工的云制造框架。针对现有云制造框架对复杂零件制造工艺知识保护不足的问题，将制造服务的封装由云端转移至制造服务供应商内部，将制造服务的索引信息存储于云端，而制造服务中的制造工艺信息存储于制造

6、服务供应商内部。针对制造资源及加工要求不确定的问题，构建了开放式复杂曲面动态加工特征FunctionBlock，支持加工特征数量的动态变化，实现了复杂曲面在制造资源及加工要求不确定环境下的自适应工艺规划。（4）基于以上研究开发了基于动态加工特征的复杂曲面加工原型系统，并结合具体实例进行了应用验证。关键词：数控加工，复杂曲面，动态加工特征，张量，云制造i基于动态加工特征的复杂曲面加工方法ABSTRACTAircraftcomprisesconsiderablefreeformsurfacesatcomponentslikeinlets,blendofwingandbody.

7、Duetothecomplexityofgeometry,optimalmachiningstrategiesusuallyvaryamongdifferentregionsoverafreeformsurface.Consequently,thetraditionalwaysthatmachineacomplexfreeformsurfaceasonemachiningregionmaynotbeabletoachieveanoptimummachiningresult.Inordertoaddressthisissue,t