开题报告-邓翔鹏

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计算机辅助制造系统
选题意义 国内外发展 概 况 研究目标和课题 来源 高精度反射面板 的开槽研究 计算机辅助制造 系统 致谢
研究方案 1.展开料的计算 先输入计算必须的型面参数，读入DXF图 形数据文件获得图形，利用屏幕拾取获取所要 展的边的信息(如图1)，并根据边的斜率判断是 沿X还是Y方向的线性展开。 这样通过计算可以得出展开料的外形一系 列等距的离散点数据，然后通过AutoCAD软件 绘制成平面图形。
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高精度反射面板制造技术的国内外 发展状况
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SA公司为研制高性能单反射面紧缩场，其 核心是大型表面的数控精密加工。单块型面精 度可达到25μm（RMS）。 MBB公司发展了以实体铸铁为基体的数控精 密机械加工和手工研修的面板制造技术，是数 控加工制造高精度面板产品的主要代表。
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选题意义
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因此，这对面板结构型式和成形工艺提 出了更高的技术要求，必须针对双曲蜂窝夹 层结构开槽板连续表面面板超精密成形的综 合结构型式和成形工艺的关键技术进行研究， 为提高双曲抛物反射面的精度和表面质量及 双曲金属板的精密成形开辟一条新的技术途 径。
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高精度反射面板制造技术的国内外 发展状况
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一 国外研究概况 目前紧缩场高精度反射面制造技术在国际 上只有美国、德国和俄罗斯的少数几家公司掌 握。 美国Harris公司采用蜂窝夹层结构，在均 匀分布的“钉床”模上通过真空负压下的胶接 过 程定型，定型后的夹芯曲板还要用刚性背架进 行校正来进一步消除回弹。目前这种技术已经 成为大型面板类产品精密成形技术的发展主流， 单块面板精度可达到25—40μm（RMS）。
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研究目标和课题来源
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1.基于离散钉模的双曲率开槽板弯曲成形的 有限元计算以及成形工艺参数分析，建立开 槽原则 。 2. 开发一套适用于各种反射面板的制造所需 计算的计算机辅助制造系统，并能够对面板 的误差进行分析。 课题来源于航空611所“大型单反射面双 曲率紧所场研制”项目，兵器部59所双反射 面单曲率紧缩场项目等。
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计算机辅助制造系统
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5.误差分布图等值线的绘制 利用测量的型面和边上的数据点做为单元 节点，并划分成四边形网格。这样单元节点值 为数据点的误差值，计算出节点最大和最小值 并等分差值。在已知一条等值线误差值条件下， 遍历所有单元边，在边上作线性差值找出相同 误差值的点，连接所有的这些点成一条误差等 值线。
目前高精度大面积双曲度反射面板，为 了适应40GHz以上的高端频率范围的测试要 求，减少测量值的幅度不稳和最大杂波电平， 提高电性能等，对反射器的表面质量和表面 精度提出了更高的指标，特别是要求单块表 面连续无缝隙；为了提高反射器边界区域抗 扰动的能力，对非规则形状的边齿的表面精 度和定形性也要求更高；另外，为了将该技 术扩大用于需求量大的毫米波天线，必须进 一步加大可成形的表面曲率。
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计算机辅助制造系统
选题意义 国内外发展 概 况 研究目标和课题 来源 高精度反射面板 的开槽研究 计算机辅助制造 系统 致谢 单块面板计算
展开料计算 读图形数 据文件 输入面板 型面参数 选择需展 开的边 输出展开 料外形点
钉高计算 输入面板 型面参数 输出保存 钉高数据 绘制面板 三维曲面 绘制钉床 模拟图形
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高精度反射面板制造技术的国内外 发展状况
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槽的参数、数量和位置是工作面精度十 分重要的因数，所以开槽参数优化的研究是 目前保证和提高面板精度的主要工作。课题 小组已经就面板开槽准则进行了探索性研究， 建立了单槽参数的优化规范，在多槽方面以 单块面板相对拱高为参数建立方程式，只能 够大致的分析开槽的数量。 因而建立开槽的一般性准则还是目前面 板制造技术的关键性问题。
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研究的主要内容 目前，在高精度反射面板的制造过程中要 通过大量的计算得出数据。而每部分的计算相 对独立，在整个制造过程中需要很多步的计算， 这样零散的计算显得十分繁琐。不仅如此，由 于面板的生产批量极小，形状变化多，导致计 算过程的不断修改；给计算带来了不便，从而 容易引起计算的错误。所以，开发一个高精度 反射面板的计算机辅助制造系统就显得比较实 用了。
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6.反射面的整体精度和缝隙的计算 通过旋转坐标系把制造坐标系测量的实际坐 标旋转到设计坐标系下，投影到整个反射面板的 视口平面，计算理论曲面和实际曲面的误差，在 反射面的整体范围运用最小二乘法原理计算整体 的型面误差。 把实际测量反射面板的外形边上的离散点坐 标转换到设计坐标系下，投影到整个反射面板的 视口平面，再拟合离散数据点成直线，判断相邻 面板边的直线是否干涉和计算两直线的距离。
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高精度反射面板开槽研究
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研究的主要内容 板边较大面积的压应力区域因为板边的开 槽而使最大的薄膜压应力转移到槽内。通过槽 底材料的局部压缩变形或许可的微量弯曲变形， “松弛”板材面内尤其是周边的压缩应力，面 板在开槽之后，实际上也被分为若干子块，通 过控制子块的面内应力水平使其与合理开缝的 应力水平相当，来确定子块的大小，作为对应 一定形状面积的临界开槽面积。根据子块的极 限面积划分单块面板，这样可以确定开槽的数 量和具体开槽的位置。
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4.面板平面的四边形网格划分 计算面板平面图形的最小包络正方形，细 化正方形单元，取完全在图形内部的单元。定 义外层节点为所属单元少于4的节点，并且按顺 时针形成外层节点链表。对于图形各角点与其 距离最近的几个外层节点生成角部四边形单元。 其它外层节点分别向距离最近的图形边界作投 影，则这两点和前(后)一个外层节点及它们的 投影点形成一个边界单元。
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高精度反射面板开槽研究及计 算机辅助制造系统
指导教师： 指导教师：周贤宾 教授 研 究 生：邓翔鹏
北航机械工程及自动化学院 2004年4月7日
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选题意义
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测量的数据点 从数据库中 读入测量的 面板型面参 数 输出面板测 量的型面和 边的数据点 信息
型面精度 读入测量 结果数据 文件 输出型面 误差分布 图 绘制型面 误差云图
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计算机辅助制造系统
选题意义 国内外发展 概 况 研究目标和课题 来源 高精度反射面板 的开槽研究 计算机辅助制造 系统 致谢 型面精度 读入型面点坐 标数据文件 输出整体型面 误差分布图 绘制整体型面 误差云图 反射面整体计算 拼接缝隙计算 读入边的点坐 标数据文件 绘制整体拼接 三维造型图 给出是否干涉 的信息
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高精度反射面板制造技术的国内外 发展状况
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二 国内研究概况 北京航空航天大学从1989年开始，经过近 十年的研究和技术攻关，在吸取国外相关经验 和技术的基础上，于1996年制造出面积约2.5m2 的单曲率反射器面板实际产品。 随后北航又提出了面板开缝技术，解决双 曲度蜂窝复合夹层结构面板成形问题。目前为 解决面板工作面开缝不连续的问题，北航又提 出了面板开槽技术，使工作面的型面精度近一 步提高。单反射面紧缩场单块面板精度达到 25μm（RMS）以下，部分达到20μm（RMS）。
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计算机辅助制造系统
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辅助制造系统主要组成部分是：单块面板 的计算和反射面的整体计算。单块面板的计算 又分为：钉高的计算、展开料的计算、测量的 数据点、单块面板的型面精度和装配位置的误 差。反射面的整体计算分为：整个反射面的型 面精度和拼接缝隙的计算。
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பைடு நூலகம்
高精度反射面板开槽研究
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因为双曲率面板在两个方向存在曲率半径， 所以可以同时合并考虑这两个曲率半径，用两 个曲率半径的积的平方根来替代两个曲率半径 对面板外形的描述。确定这个根为面板尺寸特 征描述参数。 在不同的曲率半径的情况下，得出面板的 薄膜应力值。利用数学离散点的曲线拟合的方 法，寻找和计算出曲率半径和面板薄膜应力值 的关系方程式，从而确定子块极限面积开槽的 方案。
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选题意义 国内外发展 概 况 研究目标和课题 来源 高精度反射面板 的开槽研究 计算机辅助制造 系统 致谢 图1 屏幕拾取
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2. 钉高的计算 数据库中读入 型面参数，利用坐标系旋转得 出制造坐标系下曲面坐标，从而求出钉高。 使用OPENGL三维造型绘制模拟钉床和面板 曲面。 3. 测量数据点和单板的型面精度 给出面板制造坐标系下理论坐标，三坐标测 量机检测后得到面板型面的原始测量数据。 将型面作人为的横向平移和旋转处理，并利 用最小二乘法原理求出最佳型面精度 （RMS） 。
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关键技术难点 1）单块反射面板的外形和尺寸是各不相同， 系统如何处理各种面板的展开料计算。 2）对调好钉高后钉床的三维模拟造型以及面 板的曲面造型。 3）任意平面域的全四边形网格的划分 。 4）绘制反射面板误差等值线图。 5）反射面板拼接后型面精度和缝隙的计算。
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高精度反射面板开槽研究
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实验验证 为验证前面建立的各种有限元分析模型的 正确性及计算结果的可靠性，需由计算得到的 各种结构和工艺参数作为实验条件进行实验验 证。面板型面精度由型面偏差分布及其均方根 RMS作为评价指标。 通过在试验和生产实践中，采用测量点距为 60mm或90mm 能够更真实的反映面板的型面精 度。
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高精度反射面板开槽研究
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关键技术难点 1）四边自由板料与钉模的面内多点接触的处理。 2）如何确定描述面板外形尺寸的特征参数。 3）建立面板参数和开槽数量的关系。
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高精度反射面板开槽研究
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研究方案 面板为大挠度弯曲问题，但其弯曲量不大， 虽然经过开槽处理，会产生应力集中，材料仍处 于弹性阶段，所以不必考虑材料非线性，只需考 虑几何非线性和边界条件非线性。 采用ABAQUS的三维壳单元（S4R）模拟板料， 厚向取5个积分点，并通过控制节点厚度来模拟 板料的开槽结构。模具选用刚体单元（R3D4）。 针对离散钉模的多点接触问题，采用主从面模型 来定义待接触的板料和钉头，由钉头组成的模具 为主面，板料为从面。采用小滑移接触搜索，并 用运动接触算法严格限制接触时穿透的发生 。