大型航天薄壁结构件制造特征MBD模型自动构建方法研究

摘要

大型航天薄壁结构件是运载火箭中主要的承力零件，零件上特征数量大、结构复杂、存在大量曲面，导致产品工艺规划、数控编程等生产准备工作任务量极大。制造特征MBD模型作为CAD/CAM/CAPP系统之间信息传输的载体，能有效集成加工知识和经验，是实现数控编程自动化和智能化的关键。因此，研究面向大型航天薄壁结构件的制造特征MBD模型自动构建方法，对提高自动工艺规划和数控程序编制的效率、降低生产成本、满足国家日益强烈的现代化国防需求，具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对大型航天薄壁结构件制造特征MBD模型自动构建问题进行研究。主要内容包括：
　　在制造特征识别问题上，针对大型航天薄壁结构件含有大量曲面、存在多特征复合而成的复杂特征的特点，本文提出了基于拓扑层矩阵、几何层矩阵、特殊关系层矩阵的三层次属性邻接矩阵模型的特征识别方法，将所有特征分为：单一特征、凹连接复合特征、凸连接复合特征进行识别。首先，设计了拓扑层矩阵，描述零件CAD模型几何元素之间的邻接属性、凹凸性；设计了逐层蔓延的特征搜索算法，从零件拓扑层矩阵中提取所有特征的拓扑层矩阵；以特殊关系层矩阵表达特征间的关联关系，将属于同一凸连接复合特征的特征合并、关联；基于凹连接复合特征的几何层矩阵，采用逐层分割的策略，将凹连接复合特征分割为单一特征；最后，基于单一特征的拓扑层矩阵、几何层矩阵匹配精确地识别出单一特征的形状，从而实现了制造特征的准确、高效识别。
　　在自动识别制造特征的基础上，提出了制造特征MBD模型的MBD模型构建方法。首先，设计了基于制造特征和技术要求信息的制造特征MBD模型的数据结构，包括三个层次的信息：特征形状信息、特征几何元素信息以及与几何元素关联的技术要求信息；通过提取MBD模型上以文本和符号形式标注的技术要求信息，包括：几何公差、尺寸公差、粗糙度三类信息，并与特征的几何元素关联，从而实现制造特征MBD模型的构建；基于分类清晰、数据充分的制造特征MBD层次性数据模型，可降低制造特征在实际工艺决策过程的复杂度，提高数控程序自动生成的效率与准确率。
　　在上述研究的基础之上，以某军工企业产品为背景案例，基于Pro/E平台建立了大型航天薄壁结构件制造特征MBD模型自动构建原型系统。并通过实际零件模型对所提方法进行了验证。本文的研究成果为大型航天薄壁结构件的制造实现自动化和智能化的数控编程问题提供了一些有新的解决方法，提高了零件工艺准备工作的效率，降低了成本，从而验证了本文方法的正确性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文体系架构

第二章 壁板类零件制造特征识别方法

2.1 引言

2.2 基本概念与特征分类

2.3 三层次属性邻接矩阵模型

2.4 基于三层次属性邻接矩阵模型的特征识别算法

2.5 本章小结

第三章 壁板制造特征MBD模型的构建方法

3.1 引言

3.2 基于MBD的零件模型定义理论

3.3 制造特征MBD模型

3.4 制造特征MBD模型的模型构建方法

3.6 本章小结

第四章 大型航天薄壁结构件制造特征MBD模型自动构建系统与实例验证

4. 1 概述

4.2 系统开发环境与开发工具

4.3 系统框架结构与功能模块

4.4 系统界面

4.5 实例验证

4.6 本章小结

第五章 论文工作总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢