大曲率开闭角复杂型面几何质量测评及质量控制方法

The development of aerospace equipment, high-end manufacturing equipment and other important areas make an urgent request for the high-efficient and high-precision manufacturing technology, quality evaluation and control technology of key complex parts. In this project, the tolerance definition、geometric quality evaluation theory and quality control method of the complex profile with large curvature and open-close angle are mainly studied Firstly, the mathematical method is utilized to describe、define and model the geometric error of the profile. An integrated system of the geometric quality evaluation of the complex profile with large curvature and open-close angle will be built. Then, based on the analysis of the geometric characteristics of the complex surface，the Intelligent planning method of geometry quality measurement of the complex surface will be studied. After these research, a process specification will be formulated for the measurement of this kind of complex surface. The integrated quality control model of the complex surface will be built. And the manufacturing quality of the complex profile with large curvature and open-close angle will be improved based on the optimization of machining process parameters and the amendment of the tool path. Finally, the theoretical research in the design, manufacturing, measurement, evaluation and quality control of the complex surface will be integrated and applied, developing a complete closed loop manufacture process of the complex profile with large curvature and open-close angle. In this project, the research and technology will support the breakthrough and development of high-performance mechanical equipment manufacturing technology.

航空航天装备和高档制造装备等重点领域的发展对关键复杂零件的高效、高精度制造、制造质量测评及控制技术提出了迫切要求。本项目拟针对大曲率开闭角复杂型面公差定义、几何质量测评理论及质量控制方法展开深入研究。用数学语言对型面几何质量进行描述、定义和建模，建立完整的大曲率开闭角复杂型面几何质量评价体系。基于型面几何特征的分析，研究型面几何质量检测的智能规划方法，形成大曲率开闭角复杂型面几何质量检测的流程规范。建立型面加工几何质量的综合控制模型，研究基于加工工艺参数优化和刀具路径修正相结合的质量控制方法，实现大曲率开闭角复杂型面几何质量加工精度的提升。最后，以项目的理论研究成果为核心内容，将设计、加工、检测、质量评定、质量控制等各环节在统一的信息平台下有机集成，从而形成完整的大曲率复杂空间型面闭环制造过程。这将为我国高性能机械装备核心制造技术的突破和发展提供理论基础和技术支持。

大曲率开闭角复杂型面在机械、航空、船舶、汽车等领域扮演着重要的角色。但其复杂的构型对设计、制造、测量技术提出了较大挑战。“S”形试件能够全面反映机床各类误差对工件表面几何质量产生的影响，现已作为ISO 10791-7:2020中验收五轴加工机床的测试件，是典型的大曲率开闭角复杂型面。本项目以“S”形试件为主要研究对象，针对其型面宏微观加工几何质量的测评及加工质量控制方法展开深入研究。项目中，首先对大曲率开闭角复杂型面几何质量的数学描述及评价体系以及国标文件GB/T 1182-2018和GB/T 3505-2009进行深入分析，确定了大曲率开闭角复杂型面几何质量宏微观评价原则以及评价参数。提出一种基于二阶泰勒展开的轮廓度的不确定度计算方法，另外提出一种结合小波包降噪和改进CEEMDAN算法的微观形貌数据分解方法。同时在大曲率开闭角复杂型面几何质量检测规划研究中，提出一种基于结合拟随机序列与自适应分布网格化曲面的算法将测点依据模型自适应分布的算法，并且为了优化测量开发一种基于Kuhn-Munkras算法的重新组合测量轨迹的检测路径优化方法，另一方面，基于对大曲率开闭角复杂型面的几何构型分析，进行了微观加工质量检测位置规划研究，确定了微观加工质量检测位置，提升了检测效率与准确度。进一步地，提出一种预补结合的加工质量控制方法。首先通过对切削过程中刀具的运动学约束和原理误差的分析，采用形态学滤波方法与S形加减速光顺方法结合处理进给速度曲线，预控制加工质量。其次，提出基于检测结果的复杂型面加工质量补偿方法，通过 “镜像”反变形的误差补偿方法重置刀具加工路径对零件进行补偿加工。完成预补结合的加工质量优化，提高大曲率开闭角复杂型面宏微观几何质量。因此，本项目形成完整的大曲率开闭角复杂型面加工质量优化过程。