[发明专利]一种大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法

说明书

本发明公开了一种大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法，包括以下步骤：首先以满足工件夹持力需求为目标，并基于工件外形定位精度、定位点数量及其几何干涉约束，优先在加工区域添加定位点，实现对工件不同加工区域的定位误差实施有针对性地重点防控，以此确定所需定位点数量，进而通过跟随工件各加工区域最大定位误差位置布置定位点的方式，完成工件多定位点初始布局的搜索。其次，借鉴敏感度概念，构建工件加工变形相对定位点布局的敏感度表达式，通过搜索减小加工变形的工件定位点布局最敏感调整方向，以此获取工件定位点布局优化决策，同时将其优化过程表达为旨在减小加工变形的多定位点协调优化问题，并构造调整定位点布局逼近工件最小加工变形的优化流程，实现对工件多定位点初始布局的优化；最终，通过设计模态实验，提取工夹系统在多定位点优化布局下的模态参数，对优化后的工件多定位点布局进行调整，或继续添加辅助定位点，进一步从抑振的角度改善了工件加工质量。

技术领域

本发明涉及一种大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法，用于大尺度弱刚度薄壳类工件多点定位参数的优化。

背景技术

大尺度合金或复合材料薄壁件等薄壳类工件，常用作现代大型飞行器的外蒙皮，其制造过程一般采用“先加工后成型”工艺，但其成型工序往往会导致已加工零件的外轮廓产生大变形，极易影响飞行器的气动性能和隐身性能。

为克服上述问题，“先成型后加工”工艺被逐渐应用，但成型后的半成品属弱刚度薄壳类零件，其定位难度增大，且面向刚性体的“3-2-1”六点定位方法已不再适用。鉴于此，“N-2-1”定位技术被提出，其可削弱工件在测量和化铣刻线等工艺过程中的变形，但无法抑制切边等工艺过程中局部定位点失效所导致的加工区域刚度减弱的现象；为此，“X-2-1”动态定位方法被提出，但其还处于概念描述阶段，对于“如何寻找最优X”的技术积累较少。

传统的装夹方案确定依赖于直观判断和经验的积累，或者有针对性地对工件弱刚度部位进行加固。其缺陷在于：①经验的获取不及时代对加工质量的不断发展；②弱刚度部位的针对性加固需长时间地尝试和调整。为此，大量的技术开发围绕着工件多定位点布局的优化方法展开，但大多数提出的方法均不约而同地选择定位精度与加工路径变形为工件定位点布局优化的目标，但整个优化过程均在工件定位点初始布局已知的条件下进行，然而，恰恰工件最优定位点布局的获取对其初始布局，即优化过程的初值异常敏感。

基于传统定位方法易产生加工变形且定位效率低的事实，大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法已成为工业界更为喜爱和关注问题。因此，如何确定工件定位点数量？如何搜索工件定位点布局？是提高大尺度弱刚度薄壳类工件加工质量所欠缺的，同时其研究也是滞后的。

发明内容

本发明的目的是提供一种大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法，该方法解决了此类工件完全定位参数，包括定位点数量、位置的选择问题，破解了工件定位点数量、布局与其定位精度、加工变形及夹持稳定性间的内在关联。

发明的技术方案是：

(1)选择夹持力与加工变形为保障工件完全定位最为直接和重要的指标，即优化目标，其取值范围可依据薄壳类工件型号查阅机械工艺手册计算获得。

(2)确定工件定位点的数量及其初始布局。

沿工件加工路径划分其加工表面为若干加工和非加工区域，以满足工件夹持力为目标，并基于定位点资源总量和定位点间几何干涉的约束条件，优先在加工区域添加定位点；达到工件对夹持力的需求后，进一步添加定位点，以提高工件外形定位精度，直至确定实际所需定位点数量。

选择工件各加工区域最大定位误差位置添加定位点，确定工件所有定位点的相对位置，以此获得同时满足夹持力和定位精度需求的工件初始定位方案，即：工件的多定位点初始布局。

(3)设计工件多定位点初始布局的优化策略。