一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法技术

本发明专利技术公开了一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法，包括：基于孔在结构件加工、装配定位及定位质量检测工艺阶段所承担的工艺功能，将其分为定位孔与工艺孔两类；从产品三维数字模型设计系统中获取三维数模，确定孔凸台可布置的区域；基于工程经验，初始化定位孔布局，以铣削变形最小为目标，面向加工过程优化工艺孔位，利用萤火虫算法优化定位孔孔位，优选出数组加工孔位布局；以单次定位调整变形最小，工艺孔凸台处能最大限度反应定位调整变形为标准。本发明专利技术的孔位确定方法简单可靠，操作过程简洁直观，易于理解，实现了孔位确定从单一工艺过程优化到兼顾产品制造全工艺过程的转变。

A method to determine the hole position of the trinity of machining, assembling and testing of structural parts

The invention discloses a method for determining the hole position of the trinity of processing, assembly and detection of structural parts, which includes: Based on the process function of hole in the process stage of processing, assembly positioning and positioning quality detection of structural parts, it is divided into two categories: positioning hole and process hole; obtaining three-dimensional digital model from the product three-dimensional digital model design system to determine the area where the hole boss can be arranged; and In engineering experience, initialize the positioning hole layout, take the minimum milling deformation as the goal, optimize the process hole location for the machining process, optimize the positioning hole location by using the firefly algorithm, and optimize the array processing hole location layout; take the single positioning adjustment deformation as the standard, and the convex platform of the process hole can reflect the positioning adjustment deformation to the maximum extent. The hole location determination method of the invention is simple and reliable, the operation process is simple and intuitive, and it is easy to understand, thus realizing the change of hole location determination from single process optimization to taking into account the whole process of product manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法
本专利技术涉及数字化柔性装配
，尤其涉及一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法。
技术介绍
大型整体薄壁多槽腔结构件的选用不仅能够减轻飞机产品总重量，而且可以提升飞机各项机械性能，在航空工业中获得了广泛的应用。加工时以定位孔为主基准，工艺孔为辅助基准，对外形与腹板面进行铣削加工。由于大型整体薄壁多槽腔结构件刚性差，主支撑力作用点（主基准-定位孔所在位置）和辅助支撑力作用点（辅助基准-工艺孔所在位置）选择不当，在铣削加工时会引起附加应力，造成严重的加工变形，增大加工差异性，使装配定位过程管控情况更为复杂和突出。飞机部件装配过程中，整体薄壁多槽腔结构件一般选用定位孔与工装定位销相结合的过约束方式进行定位，保证其位置准确度及腹板平面度，借助数字化测量手段（如激光跟踪仪）获取布置在槽腔腹板上且有加工精度的工艺孔凸台航向坐标值评价定位质量。尽可能多的定位孔可降低后续结构件与之连接的操作难度，但定位孔过多则会极大地增加定位操作的难度，甚至出现无法完全按工艺要求完成定位操作的问题，且定位后的残余应力水平及应力分布复杂程度也会随之增大。因此，如何确定大型整体薄壁多槽腔结构件定位孔与工艺孔的数量及位置，是其加工过程与定位过程顺利进行的重要保障。大型整体薄壁多槽腔结构件的孔位一般是设计人员根据结构件的几何特征均匀布置，或工艺人员按经验确定。近年，随着飞机性能要求越来越严格，很多专家学者针对薄壁结构件的数控加工、定位过程中的孔位优化问题进行了深入研究，但是优化面向的工艺阶段往往比较单一，缺乏对加工、装配定位和定位质量检测工艺阶段的统一考虑。针对大型整体薄壁多槽腔结构件孔位确定问题，本专利技术提出面向加工、装配定位及定位质量检测三位一体的孔位确定方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法，包括：基于孔在结构件加工、装配定位及定位质量检测工艺阶段承担的工艺功能，将其分为定位孔与工艺孔两类；从产品三维数字模型设计系统中获取结构件三维数模，确定孔凸台可布置的区域；基于铣削加工工程经验，初始化定位孔布局，仿真铣削加工过程，面向加工过程优化工艺孔位，优选定位孔孔位；仿真单次定位调整过程，面向装配定位及定位质量检测评价孔位布局的合理性；结合孔数影响，利用加权值评价孔位布局，确定一组最优孔位布局作为大型整体薄壁多槽腔结构件的最终孔位布局。本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤：S1、从产品三维数字模型设计系统中提取大型整体薄壁多槽腔结构件三维数字化模型，确定孔凸台可布置的区域（结构件几何条件允许布置孔，即腹板面上孔中心与槽腔侧壁面的距离大于或等于凸台底面半径加刀具直径）；S2、根据工程经验，设定定位孔数数组X，其中每个元素代表大型整体薄壁多槽腔结构件可布置的一种定位孔数i表示第i种孔数；X为1×m（m=1，2…）数组，表示某大型整体薄壁多槽腔结构件按工程经验布置的定位孔数一般为m种，分别为x1、x2、…、xm个；S3、针对定位孔数为数组X第i（i=1，2，…，m）个元素xi个的情况，根据工程经验及大型整体薄壁多槽腔结构件的几何特征，设定n组定位孔初始化布局，确定其工艺孔布局，计算铣削变形平均值和最大值；S4、以铣削变形平均值最小为优化目标，利用萤火虫算法获得优化后的n组定位孔布局，优化后n组定位孔布局对应的铣削变形平均值数组，最大值数组。如果Ti中第j个值Tij大于所有布局方案中允许的最大铣削变形值Tmax，则去除中的第j个值，在中剩余元素中取最小的3个值（如果中剩余元素不足3个，不足之数以100代替），组成新的数组，对应3种优选加工孔位（包括定位孔与工艺孔）布局；m种定位孔数对应3×m种优选加工孔位布局，对应铣削变形平均值数组，对应工艺孔个数组成的数组；S5、针对平均铣削变形值为dil（l=1，2，3）对应的加工孔位布局，计算该方案的装配定位、检测孔位布局优劣评定值Pil与Qil。如果dil=100，则Pil=100，Qil=100。如果dil≠100，遍历该孔位布局下的xi个定位孔，仿真单次定位调整，获取每次调整的变形最大值pilr（r=1，2，…，xi；r表示调整变形最大值pilr为结构件遍历第r个定位孔仿真单次定位调整的结果）及工艺孔变形值中最大的两个值{qilr1qilr2}，如果有其中一个pilr大于所有布局方案中允许的调整变形最大值Pmax，则Pil=100，Qil=100；若所有pilr均小于Pmax，则，dil≠100，且该方案中的任一pilr<Pmax。式中，i=1，2，…，m；l=1，2，3；r=1，2，…，xi。S6、结合孔数影响，将所有影响因素的评价值量级统一，利用加权值评价m种定位孔数对应3×m种优选加工孔位布局式中，、、、与均为[0,1]内的常数，且；、、、与的选取原则：1）结构件几何尺寸越大，孔凸台布置限制减小，加工与装配定位单次调整变形情况更为复杂，、数值选取减小，、与选取增大；2）结构件形状越复杂，孔凸台布置限制增加，加工变形情况更为复杂，、与数值选取增大；S7、最小评价值对应孔位布局方案的孔数与孔位，确定为该大型整体薄壁多槽腔结构件的定位孔及工艺孔的数量与位置。优选的，所述步骤S3中，某种定位孔布局下工艺孔位的确定、铣削变形平均值与最大值的获取具体包括以下步骤：S301、基于有限元软件平台，定位孔孔壁及凸台处固支且施加重力载荷，仿真铣削加工过程；S302、孔凸台可布置的区域内，寻找最大铣削变形区域，判断其所在槽腔是否已布置有孔（包括定位孔或者工艺孔）；S303、如果没有则布置1个工艺孔，且执行步骤S305；如果有，则继续在孔凸台可布置的区域内寻找铣削变形次大区域，判断其所在槽腔是否已布置有孔（包括定位孔或者工艺孔）；S304、如果没有则布置1个工艺孔，且执行步骤S305；如果有，重复步骤S303一次，结论仍为有，则执行步骤S307；如果没有则布置1个工艺孔；S305、如果工艺孔数量已达到设计要求最大值，或者铣削变形值已满足要求，则执行步骤S307；S306、基于有限元软件平台，定位孔及已布置完成的工艺孔孔壁及凸台处固支且施加重力载荷，仿真铣削过程，执行步骤S302；S307、基于有限元软件平台，所有定位孔及工艺孔孔壁及凸台处固支且施加重力载荷，仿真铣削加工过程，获得该布局下的铣削变形平均值（中的第k个值）和最大值Tik（Ti中的第k个值）；同时，可获得该布局下的工艺孔数量yik。优选的，所述步骤S5中，仿真单次定位调整，获取每次调整的变形最大值及工艺孔变形值中最大的两个值具体包括以下步骤：S501、基于有限元软件平台，对结构件施加重力载荷，第r个定位孔孔壁及凸台处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法，包括：基于孔在结构件加工、装配定位及定位质量检测工艺阶段承担的工艺功能，将其分为定位孔与工艺孔两类；从产品三维数字模型设计系统中获取结构件三维数模，确定孔凸台可布置的区域；基于铣削加工工程经验，初始化定位孔布局，仿真铣削加工过程，面向加工过程优化工艺孔位，优选定位孔孔位；仿真单次定位调整过程，面向装配定位及定位质量检测评价孔位布局的合理性；结合孔数影响，利用加权值评价孔位布局，确定一组最优孔位布局作为大型整体薄壁多槽腔结构件的最终孔位布局，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、从产品三维数字模型设计系统中提取大型整体薄壁多槽腔结构件三维数字化模型，确定孔凸台可布置的区域（结构件几何条件允许布置孔，即腹板面上孔中心与槽腔侧壁面的距离大于或等于凸台底面半径加刀具直径）；/nS2、据工程经验，设定定位孔数数组X，其中每个元素代表大型整体薄壁多槽腔结构件可布置的一种定位孔数；/nS3、针对定位孔数为数组X第i（i=1，2，…，m；m为数组X包含的元素个数）个元素xi个的情况，根据工程经验及大型整体薄壁多槽腔结构件的几何特征，设定n组定位孔初始化布局，确定其工艺孔布局，计算铣削变形平均值和最大值，并获取其工艺孔个数；/nS4、以铣削变形平均值最小为优化目标，利用萤火虫算法获得优化后的n组定位孔布局，并获取每组布局下的铣削变形平均值、最大值及所包含的工艺孔数量；/n去除优化后n组定位孔布局中铣削变形最大值大于所有布局方案中允许最大铣削变形值Tmax的布局方案，在剩余方案中选取铣削变形平均值最小的3组布局作为优选加工孔位布局；/nm种定位孔数对应3×m种优选加工孔位布局，对应3×m个铣削变形平均值，组成数组D，数组D中第3(i-1)+l（l=1，2，3）个元素为dil，表示定位孔数为数组X第i个元素xi个的情况下，优化后的n组定位孔布局中铣削变形平均值最小的3组中的第l组的铣削变形平均值，对应工艺孔个数组成的数组为Y，数组Y第3(i-1)+l个元素为yil，表示定位孔数为数组X第i个元素xi个的情况下，优化后的n组定位孔布局中铣削变形平均值最小的3组中的第l组的工艺孔个数；/nS5、针对平均铣削变形值为dil对应的加工孔位布局，计算该方案的装配定位、检测孔位布局优劣评定值Pil与Qil；/n遍历该孔位布局下的xi个定位孔，仿真单次定位调整，获取每次调整的变形最大值pilr（r=1，2，…，xi；r表示调整变形最大值pilr为结构件遍历第r个定位孔仿真单次定位调整的结果）及工艺孔变形值中最大的两个值{qilr1 qilr2}；/n如果有其中一个pilr大于所有布局方案中允许的调整变形最大值Pmax，则去除掉该方案；若所有pilr均小于Pmax，则/n...

【技术特征摘要】
1.一种结构件的加工、装配及检测三位一体孔位确定方法，包括：基于孔在结构件加工、装配定位及定位质量检测工艺阶段承担的工艺功能，将其分为定位孔与工艺孔两类；从产品三维数字模型设计系统中获取结构件三维数模，确定孔凸台可布置的区域；基于铣削加工工程经验，初始化定位孔布局，仿真铣削加工过程，面向加工过程优化工艺孔位，优选定位孔孔位；仿真单次定位调整过程，面向装配定位及定位质量检测评价孔位布局的合理性；结合孔数影响，利用加权值评价孔位布局，确定一组最优孔位布局作为大型整体薄壁多槽腔结构件的最终孔位布局，其特征在于，包括以下步骤：
S1、从产品三维数字模型设计系统中提取大型整体薄壁多槽腔结构件三维数字化模型，确定孔凸台可布置的区域（结构件几何条件允许布置孔，即腹板面上孔中心与槽腔侧壁面的距离大于或等于凸台底面半径加刀具直径）；
S2、据工程经验，设定定位孔数数组X，其中每个元素代表大型整体薄壁多槽腔结构件可布置的一种定位孔数；
S3、针对定位孔数为数组X第i（i=1，2，…，m；m为数组X包含的元素个数）个元素xi个的情况，根据工程经验及大型整体薄壁多槽腔结构件的几何特征，设定n组定位孔初始化布局，确定其工艺孔布局，计算铣削变形平均值和最大值，并获取其工艺孔个数；
S4、以铣削变形平均值最小为优化目标，利用萤火虫算法获得优化后的n组定位孔布局，并获取每组布局下的铣削变形平均值、最大值及所包含的工艺孔数量；
去除优化后n组定位孔布局中铣削变形最大值大于所有布局方案中允许最大铣削变形值Tmax的布局方案，在剩余方案中选取铣削变形平均值最小的3组布局作为优选加工孔位布局；
m种定位孔数对应3×m种优选加工孔位布局，对应3×m个铣削变形平均值，组成数组D，数组D中第3(i-1)+l（l=1，2，3）个元素为dil，表示定位孔数为数组X第i个元素xi个的情况下，优化后的n组定位孔布局中铣削变形平均值最小的3组中的第l组的铣削变形平均值，对应工艺孔个数组成的数组为Y，数组Y第3(i-1)+l个元素为yil，表示定位孔数为数组X第i个元素xi个的情况下，优化后的n组定位孔布局中铣削变形平均值最小的3组中的第l组的工艺孔个数；
S5、针对平均铣削变形值为dil对应的加工孔位布局，计算该方案的装配定位、检测孔位布局优劣评定值Pil与Qil；
遍历该孔位布局下的xi个定位孔，仿真单次定位调整，获取每次调整的变形最大值pilr（r=1，2，…，xi；r表示调整变形最大值pilr为结构件遍历第r个定位孔仿真单次定位调整的结果）及工艺孔变形值中最大的两个值{q...

【专利技术属性】
技术研发人员：武锋锋，辛宇鹏，田建艳，姚平喜，李爱峰，米焦鹏，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14