纸基蜂窝零件高速加工装夹系统中填料与回收方法的研究

摘要

本文通过理论分析与试验研究相结合的方法,对纸基蜂窝零件固持系统中的填料方法以及铁粉分离方法等问题进行了系统的研究.全文共分七章:第一章首先阐述了蜂窝复合材料的发展概况及其在飞机制造中的应用状况.然后在总结分析国内外现有纸基蜂窝芯零件固持方法、给料方法和物料分离方法的基础上,提出了进行填料方法和物料分离方法研究的意义、目标及主要内容.最后给出了论文研究的主要内容和论文撰写的体系结构.第二章从理论上研究散体物料的流动性与物料自身属性以及外界振动强度之间的定性关系.并通过实验方法研究了80目铁粉通过小孔流出时,其流动性与孔径以及振动加速度的关系、流出体积与流动时间的关系以及流量与振动频率、振幅的关系,并给出了其间的变化关系曲线图.通过理论计算设计出一种满足使用要求的螺管式电磁开关,并应用实验方法研究了电磁吸力与气隙间距以及线圈中电流强度之间的关系.这些实验数据为振动料斗的设计奠定了基础.第三章研究了振动料斗、驱动系统以及预压紧装置的结构组成和工作原理.根据给料工况要求和有关铁粉流动性以及流量的试验结果,设计出一种可实现定量控制功能的振动给料斗.以某型号飞机结构件中蜂窝芯零件为填料对象,充分利用现代设计理论与方法,设计出一种满足使用要求的龙门式驱动机构.为了保证在填料过程中蜂窝表面与磁性平台完全贴合,提出一种气动预压紧方案.第四章首先针对蜂窝芯零件的结构特点,从曲面整体连续性和可加工性的角度出发,提出一种带有复杂过渡区域的组合曲面整体G<'1>连续模型的建立方法.然后以蜂窝零件的数学模型为基础,结合填料工况要求,提出一种填料区域的规划方法以及基于正四边形区域划分的填充区域位置优化确定方法.第五章根据填料系统的结构特点和运动精度要求,研究并开发了填料装置的控制系统和相应的控制软件.并应用经典控制理论和仿真软件MATLAB对X、Y方向运动机构的动态响应特性和稳定性进行了详细讨论.第六章根据铁粉与切屑物理特性的差异,采用一种基于气固两相流原理的铁粉与切屑混合物分离技术.在分析铁粉与切屑在分离管道转弯处发生分离条件的基础上,详细研究了设计物料分离系统所需各项参数的选取和计算方法.第七章在总结全文工作和创新点的基础上,指出纸基蜂窝零件固持系统中填料与铁粉回收方法需要进一步研究和解决的问题.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1复合材料的发展与应用

1.1.1复合材料的发展概况及性能特点

1.1.2复合材料在飞机制造中的应用

1.1.3蜂窝复合材料及其应用领域

1.2纸基蜂窝芯零件的加工固持方法

1.2.1传统的固持方法

1.2.2基于磁场与摩擦学原理的固持方法

1.3相关技术的研究现状

1.3.1驱动机构与控制技术

1.3.2给料及定量控制方法

1.3.3物料分离方法

1.4论文研究的意义、目标及内容

1.4.1研究工作的意义和目标

1.4.2论文的体系结构及研究内容

1.5本章小节

第二章填料系统中设计参数的理论分析与实验研究

2.1引言

2.2散料流动特性分析

2.2.1散料流动性及其在料斗体内的运动形式

2.2.2振动对散料流动性的影响

2.3散料流动性及流量的实验研究

2.3.1填充物料的物理特性及填料工况要求

2.3.2散料流动性实验研究

2.3.3散料流量实验研究

2.4螺管式电磁铁设计

2.4.1螺管式电磁铁原理及结构

2.4.2电磁铁设计步骤

2.4.3电磁吸力与电流强度以及空气间隙之间的关系

2.5本章小结

第三章填料系统设计及其静动态特性分析

3.1引言

3.2原始参数

3.3振动给料斗设计

3.3.1振动给料斗的特点

3.3.2椭圆型惯性振动给料斗的动力学理论

3.3.3振动给料斗结构设计

3.3.4电磁开关设计及其动态特性分析

3.3.5振动给料斗制造及实验研究

3.4驱动系统设计

3.4.1结构设计

3.4.2龙门结构静态特性分析

3.4.3龙门结构动态特性分析

3.4.4传动机构建模及驱动电机选择

3.5预压紧装置设计

3.6本章小节

第四章填料区域规划及其优化填充方法的研究

4.1引言

4.2蜂窝芯零件数学模型的建立

4.2.1加工过程无干涉条件下过渡半径的计算

4.2.2过渡曲面设计

4.3填料区域规划及安全填料高度计算

4.3.1路径控制模式

4.3.2填料区域位置计算

4.3.3加工区域的判别与安全填料高度计算

4.4点位控制模式下填料区域的优化选择

4.5本章小结

第五章填料装置控制系统的设计与分析

5.1引言

5.2控制方案设计

5.2.1电器元件及传感元件

5.2.2控制系统组成及原理

5.2.3时序控制

5.2.4控制软件开发

5.3系统特性分析

5.3.1 Y轴方向驱动系统动态特性研究

5.3.2 X轴方向驱动系统动态特性研究

5.4本章小节

第六章铁粉与切屑分离技术研究

6.1引言

6.2分离方案的基本原理

6.3铁粉与切屑发生分离的条件

6.4系统设计参数计算

6.5结构设计与原理试验

6.6本章小节

第七章结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间完成的论文和参加的科研项目

致谢