天线罩内廓形精密测量与修磨工艺技术研究

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主动导引头天线罩是主动式制导武器的关键部件之一,是由硬脆材料制成的大型薄壁回转体零件,其内廓形面属三维高次幂的复杂曲面。天线罩制造精度的优劣直接影响武器的命中精度。但是,经过半精加工的天线罩一般不能满足电气性能的要求,主要是由于天线罩材料介电常数的不均匀性和半精加工后罩壁的几何厚度误差引起天线罩电厚度超差。因此,需要根据电厚度数据修磨天线罩实际内廓面,用几何厚度的偏差来补偿介电常数的不均匀性误差,以满足天线罩的电性能参数指标要求。这种以补偿电厚度误差为目标的精密修磨与常规的磨削加工相比有着明显的区别:一是修磨加工的基面是天线罩内廓半精加工后的实际形面,属于三维复杂自由曲面;二是罩壁上不同点(或区域)的修磨去除量不同。 本论文从天线罩的技术要求出发,在分析了相关的电性能参数的基础上,研究了天线罩内廓形的修磨原理和修磨量的确定方法,论述了天线罩内廓形精密测量与修磨装备的设计思想、结构原理和实现方案。研究了天线罩内廓形的测量原理,测量数据的采集与处理技术,内廓曲面重构与磨削的刀具轨迹计算,机床有关性能指标的分析与标定测量,熔融石英天线罩内廓形磨削的工艺参数等天线罩内廓形精加工的整套方案和关键技术。解决了天线罩内廓形的精加工难题,填补了国内在这方面的空白。 天线罩精加工前的实际内廓形面是实现按需去除的基准,必须先对内廓面进行测量,再根据测量型值点重构出内廓形面,建立精密修磨的相对参考基准。因此三维内廓形面的测量与重构精度是决定天线罩精密修磨精度的一个关键。为此,研究了天线罩内廓曲面的测量与测量数据处理的方法。包括测量轨迹的计算及数据采集,测头半径的补偿和采样数据的规则化处理等;在此基础上,建立了由测量的离散几何形状数据运用双三次B样条曲面方法进行三维曲面重构的算法,并应用该算法根据实测出的离散的天线罩几何形状数据,实现了对天线罩三维曲面的高精度重构。 在通过测量数据重构出天线罩内廓曲面的基础上,针对天线罩工件的形状和精度要求,结合修磨装备的运动特点,提出了一种磨削的刀具轨迹规划方法,并可自动生成数控加工代码,使天线罩的加工过程控制准确、运转平稳、安全高效,从而实现了天线罩内廓形的高效率加工。 在天线罩的修磨加工中,磨削用量,磨削速度等工艺参数使用得正确与否直接影响加工质量。为此进行了金刚石砂轮修磨熔融石英天线罩的磨削工艺实验研究,确定了合理的修磨方案,研究了相关工艺参数的合理范围,以达到优化磨削
摘要第5-7页
ABSTRACT第7页
第1章 绪论第13-32页
    1.1 天线罩概述第13-15页
        1.1.1 天线罩及其应用第13页
        1.1.2 天线罩的分类第13-14页
        1.1.3 导弹天线罩第14-15页
    1.2 天线罩的电气分析方法第15-21页
        1.2.1 天线罩的主要电气性能指标第16-17页
        1.2.2 天线罩的电气分析方法第17-19页
        1.2.3 天线罩电气性能的补偿第19-21页
    1.3 导弹天线罩的材料第21-23页
        1.3.1 天线罩材料的选择原则第21-22页
        1.3.2 熔融石英陶瓷材料第22-23页
    1.4 国内外导弹天线罩研究概况第23-28页
        1.4.1 国外天线罩研究概况第23-25页
        1.4.2 国内天线罩研究概况第25-28页
    1.5 天线罩技术的发展趋势第28-29页
    1.6 论文的选题背景及研究意义第29-30页
    1.7 论文的主要研究内容第30-32页
第2章 天线罩技术要求分析第32-43页
    2.1 天线罩的电厚度误差第32-35页
    2.2 天线罩修磨的技术要求第35-36页
        2.2.1 修磨时的最大去除量第35页
        2.2.2 修磨的精度要求第35-36页
        2.2.3 精度的预分配第36页
    2.3 机械修磨量的确定第36-42页
        2.3.1 通过电厚度误差(插入相位移延迟)确定机械修磨量第36-39页
        2.3.2 根据瞄准误差确定机械修磨量第39-42页
    2.4 本章小结第42-43页
第3章 天线罩内廓形精密测量与修磨装备的研究第43-61页
    3.1 数控机床的研究及应用现状第43-44页
    3.2 天线罩精密测量与修磨装备的基本要求第44-46页
        3.2.1 研究天线罩内廓形专用精密测量与修磨装备的必要性第45页
        3.2.2 考虑解决的关键问题第45-46页
    3.3 天线罩内廓形修磨装备系统的技术要求第46页
    3.4 天线罩内廓形修磨装备系统总体方案第46-49页
        3.4.1 系统的运动分析第47页
        3.4.2 系统的组成第47-48页
        3.4.3 系统的运动设计第48-49页
    3.5 机械系统设计第49-56页
        3.5.1 天线罩内廓形测量系统的设计第49-51页
        3.5.2 修磨系统的设计第51-52页
        3.5.3 定位夹紧技术研究第52-53页
        3.5.4 主轴系统设计第53-54页
        3.5.5 修磨机床的结构第54-56页
    3.6 控制系统设计第56-60页
        3.6.1 伺服装置及其控制方式第56-57页
        3.6.2 控制系统的结构类型第57页
        3.6.3 由IPC+PMAC构成的控制系统第57-59页
        3.6.4 控制系统总体结构第59-60页
    3.7 本章小结第60-61页
第4章 天线罩内廓形的测量与数据处理第61-78页
    4.1 数字化采集技术第61-63页
    4.2 测量轨迹的计算及测量数据采集第63-66页
        4.2.1 测量路径的选择第64-65页
        4.2.2 论内廓点的计算及测量数据采集第65-66页
    4.3 测头的校准第66-67页
    4.4 测量数据的预处理第67-70页
    4.5 测量型值点的规则化第70-73页
        4.5.1 B样条与B样条曲线的基本概念第70-71页
        4.5.2 环状数据的最小二乘B样条曲线拟合第71-72页
        4.5.3 曲线的拟合误差第72-73页
        4.5.4 型值点的疏化第73页
    4.6 测头半径的补偿第73-77页
        4.6.1 测头半径补偿方法第74-76页
        4.6.2 测头半径的三维补偿第76-77页
    4.7 本章小结第77-78页
第5章 天线罩内廓曲面的建模及磨削轨迹计算第78-92页
    5.1 曲面拟合技术第78-79页
    5.2 天线罩内廓曲面的建模第79-83页
        5.2.1 B样条曲面及其反求第79-80页
        5.2.2 三次B样条曲面重构第80-82页
        5.2.3 计算实际内廓曲面和加工后内廓曲面型值点第82-83页
    5.3 磨削的刀具轨迹计算第83-90页
        5.3.1 内廓曲面形状及走刀模式分析第83-85页
        5.3.2 刀具轨迹的生成第85-87页
        5.3.3 磨削的刀位计算第87页
        5.3.4 走刀步长的计算第87-88页
        5.3.5 走刀行距的确定第88-90页
    5.4 数控指令的输出第90-91页
    5.5 本章小结第91-92页
第6章 天线罩CNC修磨机床软件系统第92-108页
    6.1 软件的开发方法第92-93页
    6.2 天线罩CNC修磨机床软件系统的设计开发方法第93-94页
        6.2.1 开发环境的选择第93页
        6.2.2 软件开发工具的选择第93-94页
    6.3 软件系统的体系结构与功能第94-95页
    6.4 内廓形测量与数据采集模块第95-98页
        6.4.1 测头控制第95-96页
        6.4.2 数据采集第96-98页
    6.5 数据处理模块第98-99页
    6.6 PMAC控制及面板管理模块第99-102页
        6.6.1 PMAC初始化第99-100页
        6.6.2 标准数控代码解释第100页
        6.6.3 控制面板管理功能第100-101页
        6.6.4 软限位控制功能第101-102页
    6.7 人机用户界面及接口模块第102-105页
        6.7.1 用户界面需求分析第102-103页
        6.7.2 设计与应用第103-105页
    6.8 辅助功能模块第105-107页
        6.8.1 磨削轨迹仿真第105-106页
        6.8.2 联机帮助系统第106-107页
    6.9 本章小结第107-108页
第7章 天线罩CNC修磨机床性能参数分析与检测第108-117页
    7.1 天线罩内廓形测量组件精度分析与检测第108-113页
        7.1.1 测量系统精度分析第108-109页
        7.1.2 内廓形重复测量精度的检测第109-113页
    7.2 机床控制精度的检测第113-116页
        7.2.1 直线位移轴控制精度的检测和确定第113-115页
        7.2.2 旋转轴(C轴)重复定位精度和回零精度的检测和确定第115-116页
    7.3 本章小结第116-117页
第8章 天线罩内廓曲面磨削工艺参数研究第117-139页
    8.1 主轴组件的刚度测量与分析第117-121页
        8.1.1 主轴刚度的概念第117-118页
        8.1.2 主轴组件X向静刚度的测量第118-119页
        8.1.3 主轴组件的刚度分析第119-121页
        8.1.4 针对主轴刚度影响的磨削策略第121页
    8.2 熔融石英材料的加工性能第121-122页
    8.3 天线罩内廓形修磨的工艺参数第122-130页
        8.3.1 砂轮粒度与主轴转速第122-123页
        8.3.2 砂轮的径向进给量第123-126页
        8.3.3 工件速度第126-130页
        8.3.4 磨削时接触弧长的理论计算第130页
    8.4 加工实验第130-137页
        8.4.1 磨削圆弧(目标尺寸为固定值)第131-133页
        8.4.2 等去除量磨削(目标曲面是加工前曲面的等距面)第133-137页
    8.5 本章小结第137-139页
第9章 结论与展望第139-141页
    9.1 结论第139-140页
    9.2 进一步工作展望第140-141页
参考文献第141-149页
攻读博士学位期间发表学术论文情况第149-150页
创新点摘要第150-151页
致谢第151-152页
附录第152-159页
大连理工大学学位论文版权使用授权书第159页
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论文编号ABS1508424,这篇论文共159页
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