计算机辅助航空叶片再设计与工艺智能编制技术研究

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航空叶片是航空发动机中最核心的零件,由于其恶劣的工作环境,对制造精度与表面质量的要求近乎苛刻,制造难度极大。叶片再设计模型与工艺文件是保证叶片制造质量与效率的重要基础,当前企业在叶片再设计与工艺编制过程中,面临着重构型面精度低、光顺度差以及工作重复性高、工艺文件编制周期长等问题。这些问题严重影响叶片制造的效率与质量,无法满足航空叶片高性能设计以及批量制造的需求。鉴于此现状,深入研究了叶身模型光顺重构和叶根、叶冠参数化设计等关键技术,并提出一种基于规则与实例混合推理的叶片工艺编制方法,为提高叶片再设计与工艺编制的效率和质量奠定技术基础。本文的主要研究内容如下:基于B样条曲线曲面插值反算理论,进行叶片型面重构研究。采用弦高差法进行叶片型值点数据预处理,去除噪声点。通过最小化逼近误差、整体曲率值以及使整体曲率变化更均匀的光顺B样条曲线重构算法,求解最佳控制顶点,完成由型值点重构光顺曲线的步骤。简化B样条曲面插值反算流程,将光顺曲线重构算法推广至曲面光顺重构之中,提出叶身型面重构方法,并根据曲面光照反射线质量以及型面重构误差对型面重构方法进行验证。基于参数化设计思想,研究了叶根、叶冠的设计方法。通过“表达式”功能,建立各尺寸所对应的表达式,并创建与表达式相关联的参数化零件模板,完成参数化模板的创建。开发常用叶根、叶冠参数化设计模块,针对不同类型的叶根、叶冠,设计不同的人机交互界面,并分别建立了输入参数检查机制,使设计过程更直观且不易出错。通过实例推理为主,规则推理为辅的混合推理技术,完成叶片工艺的智能编制。对工艺编制中的知识进行详细描述,提取叶片工艺关键信息。同时,根据关键信息中各属性含义,构建工艺知识关系组织结构,建立实例库与规则库,实现工艺知识的存储与管理。基于首要因素加权评价的最近邻索引法,提出工艺实例间全局相似度的计算方法,实现对工艺实例的精确、高效的检索。建立工艺实例修正与存储策略,通过对高相似度工艺实例信息的重用与修改,完成工艺的编制与存储。基于叶片再设计方法以及工艺智能编制技术,开发再设计系统与工艺编制系统。通过UG二次开发技术,整合所有常用叶根、叶冠参数化设计界面,并通过叶身重构模块,实现从型值点数据直接重构叶身型面的功能。建立再设计系统向工艺编制系统信息传递机制,并完成基于服务器数据库的工艺推理模块的开发。此外,开发人员信息与知识库数据管理系统,以便于管理人员对审核和维护数据。本文通过基于B样条的曲线曲面光顺算法、叶根与叶冠参数化建模方法、基于混合推理的叶片工艺路线编制方法以及相应的交互式平台开发,提高了叶片再设计与工艺编制的效率和质量,降低工作人员的工作强度,对提高企业竞争力具有一定意义。
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