阵列复材管构件高精度装夹技术研究

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阵列复材管由碳纤维复合材料管按照密排的方式粘接制成,具有密度低、比强度和比刚度高、热膨胀系数低、制作工艺成熟等优点,是新一代天线反射面板夹芯层的理想材料。阵列复材管构件加工面的面形精度会影响天线反射面板的精度保持性和结构稳定性,从而影响反射面天线的性能。装夹精度是影响阵列复材管构件加工面面形精度的重要因素。但阵列复材管构件缺少可靠的装夹特征,同时弱刚性的阵列复材管构件在切削力和装夹力的作用下易发生变形,为其高精度装夹带来挑战。本文通过夹具结构设计、装夹变形分布规律分析及典型构件应用验证形成阵列复材管构件高精度装夹技术。(1)根据阵列复材管构件的装夹需求开展了夹具组成的结构设计。针对阵列复材管构件准确定位的装夹需求,基于一面两销的定位方式,在阵列复材管构件上设计了可靠定位特征,建立了定位误差源-位姿偏差-面形误差的关系模型用于调整夹具特征的尺寸和公差;针对弱刚性阵列复材管构件低应力装夹需求,设计了可自适应复材管实际面内位置和轴线角度的浮动夹紧装置;针对边缘复材管在切削力作用下易脱落的工艺问题,设计了侧面夹紧装置以增加其刚性。最终获得适用于阵列复材管构件高面形精度制造的夹具结构。(2)基于有限元软件ABAQUS建立了阵列复材管构件装夹变形有限元模型,分别预测了被夹紧加工面边缘与阵列复材管构件X轴和Y轴同向时的装夹变形,分析了活动挡板推动距离、夹紧单元间距、夹紧单元与被夹紧加工面边缘距离、挡板与加工面距离等装夹参数下等装夹参数对阵列复材管构件加工面不同位置的节点位移的影响规律,为装夹参数的选择及优化提供了依据。(3)以某典型构件为例,开展了装夹变形仿真分析和夹具结构设计。根据夹紧单元间距、夹紧单元与被夹紧加工面边缘距离、挡板与加工面距离对装夹变形的影响规律优化了装夹布局,根据加工面节点位移最大值的仿真结果确定了活动挡板推动距离的最大值。利用研制的夹具开展了磨削加工试验,利用千分表测量了安装浮动夹紧装置后复材管端面选定点处的变形,采用非接触式线激光扫描的方法测量了拆卸夹具前和拆卸夹具后加工面的面形精度,统计了边缘复材管脱落情况,验证了夹具结构的实用性。本文通过夹具结构设计、装夹变形仿真分析及典型构件应用验证形成了弱刚性阵列复材管构件的高精度装夹装置及方法,为后续阵列复材管构件的高精度装夹的研究提供导向作用,并为新一代全碳纤维复合材料天线反射面板的精密制造提供技术支撑。
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