[发明专利]一种螺旋桨不均匀加工余量调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及螺旋桨在线测量与加工技术领域，尤其涉及一种螺旋桨不均匀加工余量调整方法。

背景技术

螺旋桨是造船工业中十分重要的典型铸造零件，其制造品质的优劣对舰船隐蔽性、动力性能和稳定性能有着巨大的影响。传统的螺旋桨制造采用先测量后加工的工序，工程师通过毛坯测量检查毛坯有否有加工余量、确定加工区域及余量。在针对毛坯测量数据分析的过程中常出现部分区域切削量过多、部分区域无切削量的问题。工程师人工调整设计模型位姿可以解决上述问题，但是调整过程耗时高、效率低下。随着计算机信息化的发展，基于测量数据的计算机辅助定位已可以实现，采用这一方法结合螺旋桨设计工艺能够在满足公差标准的前提下实现螺旋桨毛坯模型与设计模型的快速匹配，确保毛坯加工余量均匀，提高叶片的加工质量。

螺旋桨的桨叶是一组多向倾斜、变化曲率的复杂曲面，表征桨叶几何形状的面和线多数呈现弯曲、倾斜、扭旋并存的特点。复杂曲面匹配算法可分为两大类：确定性方法和随机方法。确定性方法可以极快沿优化定位的方向搜索最优解，但是容易陷入局部最优；随机方法不易陷入局部最优情况，但是无法保证在有限步数内找到全局最优解。大多数优化定位问题采用局部搜索算法产生的最终解，其最终解质量在很大程度上取决于初始解的选取。随着组合优化领域的发展，模拟退火算法目前已在工程中得到了广泛的实际应用。模拟退火算法作为全局最优算法，是局部搜索算法的扩展，其通过改变接收优化解的准则有着寻找全局极小方面的优越性。然而，针对螺旋桨工件定位问题，目前尚没有适用螺旋桨设计工艺的模拟退火算法求解方法。

发明内容

本发明的目的在于通过一种螺旋桨不均匀加工余量调整方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种螺旋桨不均匀加工余量调整方法，其包括如下步骤：

S1、利用测量装置对毛坯模型、设计模型在同一坐标系下进行建模并离散；

S2、比对毛坯模型和设计模型，求出每点的加工余量d_i和对应的目标函数值，同时记录d_i的正值数n，计算正值百分比；

S3、根据螺旋桨建模参数及公差标准计算设计模型可调整范围；

S4、根据状态产生函数产生一个新的变换矩阵；

S5、采用所述新的变换矩阵重新对比毛坯模型和设计模型，重复步骤S2；

S6、比较矩阵变换前后目标函数，并更新变换矩阵和毛坯点集；

S7、重复步骤S4-S6，直到满足内循环终止准则；

S8、判断是否满足外循环终止条件，如果满足则停止搜索，否则重复步骤S4-S7；

S9、根据定位矩阵计算获得当前的螺旋桨调整量建模参数；

S10、利用当前的螺旋桨调整量建模参数重新设置截面线型值点坐标，建立设计模型。

特别地，所述步骤S1具体包括：

利用测量装置沿螺旋桨截面线方向获取毛坯表面测量点集P，结合设计模型点集Q对毛坯模型、设计模型在同一坐标系下进行建模并离散。

特别地，所述步骤S2具体包括：

对毛坯表面测量点集P中每一点p_i，求取设计模型Q上对应最近点q_i，求出每点的加工余量d_i＝||p_i-q_i||²和对应的目标函数值同时记录d_i的正值数n，计算正值百分比。

特别地，所述步骤S3具体包括：

根据螺旋桨建模参数及公差标准计算设计模型可调整范围，即定位矩阵T的6个变量：平移值x,y,z及旋转值α的变化范围，具体如下：

左螺旋桨：

右螺旋桨：

并满足方程：

R_i＝k*D/2 (3)

tanφ＝p/(π*D) (4)

其中，X,Y,Z为笛卡尔坐标系下每个螺旋桨型值点三维坐标，坐标系原点位于桨毂下端面中心，以1号叶片中线在Z向的投影为X轴；

φ为螺距角；

x,y为型值点在二维图纸坐标，坐标系以螺距线为x轴，基准线为y轴；

x为型值点X-基准线至导边距离b₁；

x为基准线至导边距离b₁-型值点X；

y＝-y_u；