面向精密复杂曲面的薄壁涡轮叶片定位夹紧理论与方法研究

本项目研究叶片夹具系统的几何关系，考虑多种主要误差源对夹具定位精度的影响，基于微分几何理论建立夹具的定位误差模型，形成以精度为目标的夹具定位点优化选择方法，揭示误差与位置对定位精度的影响规律；综合考虑叶片原始铸造误差、夹具误差、夹紧力及切削力变形等的耦合作用，建立复杂轮廓叶片形状误差数学模型，进行误差分析和溯源；开展夹具夹持稳定性研究，合理地选择定位点、夹紧部位和夹紧力，合理配置夹紧力和切削参数，创新定位夹紧原理和方法，提出叶片夹持稳定性定量判别准则；探索叶片特征点的数学表征方法和型面重构模型，基于优化选取的有限个定位夹紧点测量数据，建立夹具定位和夹紧误差的评估和修正方法，开展夹具智能化研究，为开展这类曲面零件的自主生产和创新加工工艺提供理论支撑。

本课题围绕复杂曲面工件的定位夹紧分析与设计方法展开研究，建立了复杂曲面工件定位夹紧的分析模型，提出了夹具布局正确性和稳定性的判定和评价方法，结合模式搜索算法、遗传算法和LMI方法构建了夹具布局和夹紧力的设计方法，通过径向基神经网络实现了夹具定位误差和变形误差的分离和识别算法，为复杂曲面工件定位夹紧性能的分析与改进提供了理论支撑。通过参数方程对复杂曲面工件和夹具间的几何关系进行描述，建立了工件—夹具系统定位误差的双边计算模型，分别通过非线性和线性方程进行描述，提出了夹具的定位正确性判定方法，能够计算夹具性能的评价指标；针对复杂曲面工件的夹紧分析问题，建立了工件—夹具间的有限元接触分析模型，计算了工件—夹具系统的柔性变形，通过实验验证，与接触分析模型的误差仅为7%左右，证明了模型与算法的可用性；针对复杂曲面工件的夹具系统设计问题，在复杂曲面工件的定位和夹紧模型基础上，实现了夹具布局的设计方法。以工件的参数曲面方程为基础，结合模式搜索算法，构建了定位布局的优化设计方法，根据定位布局优化的特点对算法进行改进，对某种叶片夹具的定位布局进行优化设计，算法的收敛效率和优化结果分别提高了22.9%和16.8%；针对工件—夹具系统的误差分离问题，基于径向基神经网络算法建立了夹具误差的分离和识别算法，实现了定位误差与夹紧误差的分离，计算出工件的位姿变化量和夹紧力的大小，从而能够为误差补偿或者故障诊断提供数据支持，基于优化选取的有限个定位夹紧点测量数据，建立夹具定位和夹紧误差的评估和修正方法，为开展这类曲面零件的自主生产和创新加工工艺提供理论支撑。在项目研究期间，全面完成了项目计划的预期研究内容和指标，论文发表及专利等成果也达到要求，共计发表论文5篇（其中SCI论文2篇），申请国家发明专利1项，登记软件著作权2项，另外培养1名博士研究生和3名硕士研究生。