個(gè)調(diào)整時(shí)，其余a-1個(gè)調(diào)整裝置法向位移偏差設(shè)置為0;矩陣FbXa為模具型面剛度矩陣，矩 陣中；
[0055]
[0056] 則型面調(diào)整后b個(gè)模具型面上的測(cè)量點(diǎn)的在模具型面分析坐標(biāo)系下位移偏差量 Ax"Ayi、AZi(i= 1、2、…、幻分別為：
[0057] ΔXi=s; ·cosα;
[0058] Δy;=s；·cosβ ；
[0059] ΔZi=s;·cosγ ; (V)
[0060] 其中，cosa;、cosβ;、cosγ;為模具型面上第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)在分析坐標(biāo)系下的方向 余弦。
[0061] 則調(diào)整第i個(gè)調(diào)整裝置后，模具型面各測(cè)量點(diǎn)新坐標(biāo)值為：
[0062] χ'; =X;+ΔXj
[0063] y1 ^Yi+Ay；
[0064] z'；=z；+Δζ； (VI)
[0065] 則調(diào)整第i個(gè)調(diào)整裝置后，根據(jù)式（I)計(jì)算得到模具型面各測(cè)量點(diǎn)法向偏差和型 面精度RMS分別為：
[0066] (￥11)
[0067]
[0068] 按該計(jì)算方法，依次對(duì)a個(gè)調(diào)整裝置進(jìn)行調(diào)整。直至所有調(diào)整裝置法向位移偏差 均被調(diào)整后，計(jì)算模具型面最終形面精度，并確定模具型面鋪層層數(shù)η。
[0069] (3)待模具型面1設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)模型型面1剛度和連接埋件位置，借助于通 用有限元分析軟件對(duì)調(diào)整工裝3按構(gòu)架式結(jié)構(gòu)，如圖5所示，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由板材和棒材 通過先螺釘連接和焊接的方法加工得到，以對(duì)調(diào)整工裝為模具型面和調(diào)整裝置提供剛性支 撐。調(diào)整工裝3周邊設(shè)計(jì)有基準(zhǔn)點(diǎn)，以對(duì)模具型面1精度進(jìn)行測(cè)量。在模具型面1調(diào)整時(shí)， 調(diào)整工裝3最大位移變形量應(yīng)比模具型面1最大位移變形量小2個(gè)數(shù)量級(jí)，即若模具型面 1最大位移變形量為△s_，則調(diào)整工裝3的最大位移變形量應(yīng)小于△s/100mm;
[0070] (4)將設(shè)計(jì)得到的模具型面1和調(diào)整工裝3通過調(diào)整裝置2進(jìn)行安裝連接；
[0071] (5)通過調(diào)整工裝3上的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)模具型面1的精度進(jìn)行測(cè)量；
[0072] (6)根據(jù)（4)中模具型面1精度測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算各調(diào)整裝置2處的法向位移偏差； 具體由公式（I)給出：
[0073]
[0074] 其中，Δz為調(diào)整裝置處的法向位移值，為模具型面曲面方程；f 4,/ 為模具型面焦距；(X$iM，y$iM，z$iM )為調(diào)整裝置處實(shí)測(cè)值。
[0075] (7)根據(jù)（5)中計(jì)算得到的各調(diào)整裝置2處的法向位移偏差，對(duì)調(diào)整裝置2施加所 需調(diào)整量，對(duì)模具型面1進(jìn)行調(diào)整；
[0076] (8)當(dāng)所有調(diào)整裝置2調(diào)整完成后，對(duì)模具型面1的精度進(jìn)行測(cè)量，若模具型面1 精度沒有提高，則進(jìn)入步驟（8)，否則返回步驟（5);
[0077] (9)根據(jù)步驟（1)中確定的調(diào)整裝置2安裝位置，設(shè)計(jì)模具支撐背架4。模具 支撐背架4采用框架式結(jié)構(gòu)，各筋板均為復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)，按照準(zhǔn)各向同性鋪層 ([0° /±45° /90° ]ns，n=l、2、3、···）進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證支撐背架4和模具型面1具有 相同的熱膨脹系數(shù)，厚度大于或等于5mm，以保證支撐背架4具有足夠的剛度；各筋板間通 過U型卡槽進(jìn)行裝配后通過角片5進(jìn)行粘接，如圖6所示；
[0078] (10)將模具型面1與模具支撐背架4通過角片5進(jìn)行連接；
[0079] (11)拆除調(diào)整裝置2和調(diào)整工裝3,得到最終的復(fù)合材料模具，如圖6所示。
[0080] 本發(fā)明的工作原理為：
[0081] 為滿足模具的低熱膨脹系數(shù)要求，模具型面1為碳纖維復(fù)合材料薄殼結(jié)構(gòu)，利用 模具型面1剛性或半剛性薄殼結(jié)構(gòu)和型面法向剛度弱的特點(diǎn)，通過若干具有直線位移進(jìn)給 能力的調(diào)整裝置2施加法向調(diào)整位移來對(duì)模具型面進(jìn)行型面調(diào)整1，以獲得高精度模具型 面1。調(diào)整裝置2按均勻分布或其他分布方式布置于模具型面1上，并通過調(diào)整裝置2將 模具型面1連接于調(diào)整工裝3上。法向位移調(diào)整量可根據(jù)模具型面1測(cè)量結(jié)果和模具型面 曲面方程計(jì)算得到。待模具型面1調(diào)整完成后，將模具型面1和模具支撐背架4通過角片 5進(jìn)行粘接，角片5固化完成后，拆除調(diào)整工裝3,得到最終的復(fù)合材料模具。
[0082] 模具型面1的剛度決定了每個(gè)調(diào)整裝置2調(diào)整面積（或區(qū)域）的大小，調(diào)整點(diǎn)的 調(diào)整區(qū)域越大，則該模具型面1的可調(diào)整性越好，所需要的調(diào)整裝置2的數(shù)量就越少。而通 過適當(dāng)增加調(diào)整裝置的數(shù)量，又總能將模具型面1調(diào)整到所需要的型面精度，因此，模具型 面1剛度與調(diào)整裝置2數(shù)目對(duì)模具型面1最終能達(dá)到的型面精度起決定性作用。
[0083] 本發(fā)明中的模具型面材料為國內(nèi)易獲取的高強(qiáng)度系列碳纖維單向帶或碳布。與可 機(jī)械加工的模具預(yù)浸料相比，材料容易獲得且價(jià)格低，不依賴于進(jìn)口。
[0084] 本發(fā)明中經(jīng)調(diào)整得到的模具型面精度優(yōu)于通過機(jī)械加工方式得到的模具型面精 度，調(diào)整能達(dá)到的型面精度優(yōu)于0. 030mmRMS。
[0085] 本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，主要包括模具型面（1)、調(diào)整裝置 (2)、調(diào)整工裝（3)、模具支撐背架（4)和角片（5); 所述調(diào)整裝置（2)布置在模具型面（1)的一側(cè)，且具有直線位移進(jìn)給功能； 所述模具型面（1)通過調(diào)整裝置（2)與調(diào)整工裝（3)進(jìn)行連接，所述調(diào)整工裝（3)上的 基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)模具型面（1)的精度進(jìn)行測(cè)量，獲得調(diào)整裝置（2)的法向位移偏差，調(diào)整裝置（2) 根據(jù)法向位移偏差對(duì)模具型面（1)進(jìn)行調(diào)整， 所述模具支撐背架（4)在模具型面（1)調(diào)整完成后通過角片（5)與模具型面（1)進(jìn)行 連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述調(diào)整 工裝（3)的剛度大于模具型面（1)的剛度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述模具 支撐背架（4)通過角片（5)以粘接和/或機(jī)械連接的方式與模具型面（1)連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述調(diào)整 裝置（2)均勻布置于模具型面（1)工作面的同側(cè)或背側(cè)。5. -種基于權(quán)利要求1中可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)裝置的可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì) 方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 確定調(diào)整裝置（2)的安裝位置； (2) 根據(jù)步驟⑴中確定的調(diào)整裝置⑵安裝位置，設(shè)計(jì)模具型面⑴和模具型面調(diào)整 工裝⑶； (3) 將設(shè)計(jì)得到的模具型面（1)和調(diào)整工裝（3)通過調(diào)整裝置（2)進(jìn)行安裝連接； (4) 通過調(diào)整工裝（3)上的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)模具型面（1)的精度進(jìn)行測(cè)量； (5) 根據(jù)步驟（4)中模具型面（1)精度測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算各調(diào)整裝置（2)處的法向位移偏 差； (6) 根據(jù)步驟（5)中計(jì)算得到的各調(diào)整裝置（2)處的法向位移偏差，對(duì)調(diào)整裝置（2)施 加所需調(diào)整量，對(duì)模具型面（1)進(jìn)行調(diào)整； (7) 當(dāng)所有調(diào)整裝置（2)調(diào)整完成后，對(duì)模具型面（1)的精度進(jìn)行測(cè)量，若模具型面 (1)精度沒有提高，則進(jìn)入步驟（8)，否則返回步驟（5); (8) 根據(jù)步驟（1)中確定的調(diào)整裝置（2)安裝位置，設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)模具支撐背架（4); (9) 將模具型面⑴與模具支撐背架⑷通過角片（5)進(jìn)行連接； (10) 拆除調(diào)整裝置（2)和調(diào)整工裝（3)，得到最終的復(fù)合材料模具。6. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)（4) 中模具型面（1)精度測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算各調(diào)整裝置（2)處的法向位移偏差，具體由公式：給出，其中，Az為調(diào)整裝置處的法向位移值為模具型面曲面方程； f為模具型面焦距；(x$iM，y$iM，)為調(diào)整裝置處實(shí)測(cè)值。7. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述模 具型面（1)為復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)，按照準(zhǔn)各向同性鋪層進(jìn)行設(shè)計(jì)，鋪層層數(shù)η根據(jù)模具型 面（1)的初始型面精度和目標(biāo)精度計(jì)算得到。8. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述調(diào) 整工裝（3)的最大位移變形量應(yīng)小于模具型面（1)最大位移變形量的1/100。9. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述模 具支撐背架（4)各筋板均為復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)，按照準(zhǔn)各向同性鋪層進(jìn)行設(shè)計(jì)。10. 根據(jù)權(quán)利要求5或9中所述的一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述模具支撐背架（4)各筋板的厚度大于或等于5_。
【專利摘要】一種可調(diào)整復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)裝置與設(shè)計(jì)方法，該裝置主要包括模具型面、調(diào)整裝置、調(diào)整工裝、模具支撐背架和角片；調(diào)整裝置布置在模具型面的一側(cè)，且具有直線位移進(jìn)給功能；模具型面通過調(diào)整裝置與調(diào)整工裝進(jìn)行連接，所述調(diào)整工裝上的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)模具型面的精度進(jìn)行測(cè)量，獲得調(diào)整裝置的法向位移偏差，調(diào)整裝置根據(jù)法向位移偏差對(duì)模具型面進(jìn)行調(diào)整，模具支撐背架在模具型面調(diào)整完成后通過角片與模具型面進(jìn)行連接，本發(fā)明通過型面調(diào)整來實(shí)現(xiàn)了模具型面的高精度，該方法可用于遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星中高精度反射器的研制，亦可應(yīng)用于地面高精度反射器研制，滿足了高精度、低熱膨脹系數(shù)反射面天線模具需要。
【IPC分類】H01Q15/14
【公開號(hào)】CN105305089
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510808220
【發(fā)明人】江文劍, 冀有志, 梁云, 柏宏武, 龔博安, 王峰, 徐進(jìn), 張建衛(wèi)
【申請(qǐng)人】西安空間無線電技術(shù)研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日