复杂曲面零件修复中缺失形域曲面延拓算法与修复模型研究

研究复杂零件的精密修复关键技术，提高磨损件的修复速度、精度和可修复率，获取原产品最大附加值，已成为再制造业的迫切需要。零件修复中因其形态、缺陷各异，尤其是曲面扭曲、缺失等问题使原模型不再适用于修复，影响了大量贵重零件的精密修复。本项目针对具有开环缺失特征的修复模型重构难点，提出零件缺失形域的曲面延拓生长算法及误差控制新思路，再生零件缺失形域的曲面模型；研究不同缺失特征的精密修复方法与工艺，建立缺失曲面特征与修复工艺参数、修复精度的映射关系模型，实现由缺失曲面特征驱动的自适应修复路径生成，为小范围开环缺失零件的精密修复提供一种新途径。该研究将为具有缺失特征的磨损零件自适应精密修复提供创新的方法指导，为我国再制造业技术水平提高奠定理论与技术基础，有助于促进高精密零件再制造产业的形成和发展，有效实现资源的再利用。因此本项目既富有重要的科学意义，又具有充分的理论价值和广阔的应用前景。

复杂叶片零件精密修复过程中普遍存在的几何形态变化、缺陷各异、开环磨损（叶片顶端磨损）等问题，难以在修复过程获得所需的、准确表达其几何姿态的曲面模型，严重限制了多数精密贵重零件的精密修复和再制造。本项目针对这一难题，提出了面向复杂零件缺失形域特征的曲面延拓再生算法，结合航空叶片的顶端磨损缺陷，重建了自适应于磨损叶片几何姿态的叶片顶端曲面模型。该研究基于磨损零件数字扫描模型的非修复域网格模型，提出了基于迭代算法和遗传算法的非修复域曲面模型重构算法，构建了曲面模型。重构误差分析结果显示，基于遗传算法的非修复域曲面模型更为精确，为再生缺失域曲面模型提供了所需的源曲面模型。其次，重点研究了基于源曲面约束的缺失形域曲面延拓生长算法，提出了基于最小能量法节点矢量优化算法，通过环域内有理B样条曲线段的V向目标控制点外推延拓，实现了修复域延拓曲线控制点生成和磨损域曲面的再生；考虑到缺失域曲面延拓再生的曲面2阶连续性问题，提出了基于G2曲面连续的磨损域几何形体曲面模型再生方法，包括控制点延拓、节点矢量生成算法等，导出了相邻曲面位置、斜率和曲率连续的条件，给出了与未磨损域曲面相邻的叶片顶端磨损域曲面的控制点求解方法，实现了磨损域的G2曲面连续延拓再生。.进而开展了缺失形域特征参数变化对延拓曲面生长的影响与规律研究，揭示了延拓曲面生长过程中的误差演变规律，明确了曲面基体控制层参数的变化及延拓高度对延拓误差的影响，获得了延拓曲面模型随非磨损形域曲面模型基体及延拓高度而变化的规律，为控制修复误差、提高叶片修复精度提供了有效的支持。同时，基于延拓再生的网格模型开展了直接数控加工代码生成方法研究，提出了三角网格模型顶点偏置补偿方法、截平面与插值拟合的轮廓曲线求交的刀位点生成、和双向插值刀位点光顺方法，解决了加工过切和表面凹坑等质量问题，有效提高了基于CL刀位轨迹的网格模型加工精度。最后，开发了面向扭曲叶片顶端磨损域再生的精密修复原型系统，实现了磨损叶片模型的非修复域曲面重构、顶端缺失域曲面延拓再生等功能，并通过实例验证了修复系统的各项功能，为扭曲叶片顶端修复过程如激光熔覆和数控加工过程提供了所需的参考模型。.该项目研究成果为复杂曲面零件特别是航空叶片的精密修复提供了一种新方法，为零件修复工艺过程如增材制造和修复加工的路径生成提供了所需的参考模型，为净形增材制造工艺和自适应精密加工奠定了理论与技术基