论文题目: 基于虚拟现实技术的螺旋锥齿轮CNC加工仿真理论与方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 熊越东
导师: 王太勇
关键词: 螺旋锥齿轮,铣齿机,加工调整参数,加工仿真,虚拟现实技术,整体光照明模型
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 螺旋锥齿轮是机械产品中的基础件,应用广泛。但其复杂的齿面形状给三维实体造型带来了一定的困难。虽然市场上有许多加工模拟商用软件,可是很难提供螺旋锥齿轮的精确造型。如采用数值计算并借助商用软件生成三维实体,需要做大量繁琐的工作,且最大的缺点还在于其重用性差,一旦需要改变参数时,就必须从头开始。此外,在实际生产中,为了加工出合格的齿面,需要进行大量的试切来调整设计加工数据,这一过程费工费时,也无法适应目前市场对产品发展的要求。因此,有必要开发专用的仿真系统。本文根据螺旋锥齿轮数控加工特点,运用计算机图形学、空间运动学、面向对象技术与虚拟现实技术等方法,对螺旋锥齿轮数控加工仿真的理论与方法进行了深入的研究,建立了具有真实感的加工仿真系统。通过切齿实验证明了仿真理论和方法是正确有效的。本文提出了传统机械式铣齿机与CNC铣齿机的运动转换原理。并由此原理推出了精确的转换公式。与其它转化方法比,原理清晰,公式简单。从空间运动学角度,把转换前后的运动关系通过牵连运动和相对运动的合成联系起来,提出了速度求导法。该方法求解机床各运动轴表达式系数的精度比直接求导法高。而且此法为分析复杂系统开辟了一条新的路径,在分析方法学上具有一定的普遍性意义。利用Matlab简洁而高效的编程方式,将其所编写的各运动轴表达式系数的求解程序嵌入VC的主程序中,既解决了VC不善于处理复杂数学模型的问题,也解决了机床加工调整参数无法实时传送的问题。用三维真实感造型技术,提出了简化的整体光照明模型。该模型可以比较真实、准确地模拟数控加工场景。从工件和刀具的空间位置对金属切削进行了分析,提出了通过控制刀具和工件毛坯实体的相对位置关系驱动机床运动;并将连续的运动离散成一定时段,在这些时段上刀具和工件毛坯实体进行相减布尔运算来模拟切削过程。根据实际生产情况提出了盘铣刀和齿坯实体造型的简化原理,建立了开放式盘铣刀和齿坯实体数据库。面向对象思想渗透到系统的所有模块,使系统具有开放性、可扩充性,为系统的升级提供了便利条件。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 课题的国内外研究现状及存在的主要问题
1.3 虚拟现实技术概述
1.3.1 虚拟现实的定义
1.3.2 虚拟现实系统的特征
1.3.3 虚拟现实系统与计算机仿真的关系
1.4 论文的主要研究内容
第二章 螺旋锥齿轮几何参数及加工机床
2.1 螺旋锥齿轮几何参数
2.1.1 准双曲面齿轮齿坯几何参数
2.1.1.1 确定准双曲面齿轮的节锥
2.1.1.2 初值的牛顿迭代解法
2.1.1.3 大轮的轮坯尺寸
2.1.1.4 小轮的轮坯尺寸
2.1.2 弧齿锥齿轮齿坯几何参数
2.2 螺旋锥齿轮加工机床
2.2.1 刀倾法加工铣齿机
2.2.1.1 刀倾法加工铣齿机
2.2.1.2 机床调整参数
2.2.2 CNC铣齿机
2.2.2.1 CNC铣齿机
2.2.2.2 CNC铣齿机的加工运动机理
2.2.2.3 CNC铣齿机的加工能力
2.2.2.4 CNC铣齿机与传统机械式铣齿机的比较
2.3 本章小结
第三章 螺旋锥齿轮CNC加工运动调整原理
3.1 从传统机械式铣齿机到CNC铣齿机的运动转换原理
3.1.1 转换基本原理
3.1.2 传统机械式铣齿机的运动分析
3.2 转换公式
3.2.1 矢量旋转公式
3.2.2 求绕工件轴旋转的角度△ α的值
3.2.3 求绕Y轴旋转的角度△β的值
3.2.4 求旋转后T~(ΙΙ),W~(ΙΙ), L~(ΙΙ)的表达式
3.3 CNC铣齿机各运动轴表达式系数的计算
3.3.1 转换前后的运动关系
3.3.2 牵连运动为转动时,绝对运动各阶导数的表达式
3.3.3 位置矢量L的高阶导数及接触点的高阶加速度
3.3.4 求各运动轴表达式的系数
3.3.4.1 X,Y,Z运动轴表达式系数的求法
3.3.4.2 A,B轴的表达式系数的求法
3.4 CNC铣齿机各运动轴表达式的求解算法
3.4.1 各运动轴表达式的系数计算程序
3.4.2 计算实例
3.5 本章小结
第四章 具有真实感的交互式三维仿真环境的研究
4.1 三维场景交互技术
4.1.1 三维场景的透视变换
4.1.2 三维实体的坐标变换技术
4.1.2.1 三维场景的平移变换
4.1.2.2 三维场景的旋转变换
4.1.2.3 三维场景的缩放变换
4.2 真实感图形生成算法
4.2.1 简单局部光照明模型及算法
4.2.2 整体光照明模型
4.2.3 简单光线跟踪算法
4.2.4 光线与景物求交算法
4.2.4.1 反射光线与折射光线的确定
4.2.4.2 光线与景物求交
4.2.4.2.1 光线与球面的交
4.2.4.2.2 光线与多边形的交
4.2.4.2.3 光线与长方体的交点
4.2.4.2.4 光线与二次曲面的交
4.2.4.2.5 光线与一般柱面的交
4.3 数控加工交互式仿真环境的建立
4.4 本章小结
第五章 螺旋锥齿轮CNC加工过程的三维仿真
5.1 开发加工过程仿真的方法
5.1.1 面向对象技术原理
5.1.2 AutoCAD二次开发
5.1.3 AutoCAD环境下的ObjectARX应用程序
5.2 加工过程仿真的基本思路
5.3 实体模型的构建
5.3.1 三维实体模型的构造方法
5.3.2 盘铣刀的实体造型
5.3.2.1 盘铣刀简介和分类
5.3.2.2 盘铣刀分析和简化原理
5.3.2.3 盘铣刀的造型过程
5.3.3 螺旋锥齿轮毛坯造型
5.3.3.1 螺旋锥齿轮毛坯分析和简化原理
5.3.3.2 造型过程
5.4 本章小结
第六章 螺旋锥齿轮数控加工仿真系统开发及实验验证
6.1 虚拟数控加工系统的结构
6.1.1 参数输入模块
6.1.2 运动描述模块
6.1.3 加工过程仿真模块
6.1.4 输出模块
6.2 系统概况
6.3 应用实例
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
- [1].对数螺旋锥齿轮CAE若干关键技术研究[D]. 向铁明.华侨大学2017
- [2].螺旋锥齿轮数控加工与误差修正技术研究[D]. 李小清.华中科技大学2004
- [3].螺旋锥齿轮研磨加工的理论与实验研究[D]. 魏冰阳.西北工业大学2005
- [4].结构拓扑优化方法研究及其在螺旋锥齿轮机床中的应用[D]. 易继军.中南大学2014
- [5].螺旋锥齿轮网络化制造关键技术研究[D]. 李聚波.江苏大学2013
- [6].螺旋锥齿轮数控加工及精度控制关键技术研究[D]. 杨清艳.合肥工业大学2015
- [7].面向齿轮传动性能的螺旋锥齿轮铣齿机精度设计方法研究[D]. 魏巍.天津大学2011
- [8].螺旋锥齿轮磨削界面力热耦合与表面性能生成机理研究[D]. 明兴祖.中南大学2010
- [9].螺旋锥齿轮模压淬火变形机理及控制研究[D]. 张映桃.重庆大学2017
- [10].螺旋锥齿轮磨削误差产生机制及修正技术研究[D]. 陈书涵.中南大学2009
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- [3].高重合度弧齿锥齿轮的设计理论及实验研究[D]. 邓效忠.西北工业大学2002
- [4].汽车螺旋锥齿轮传动耦合非线性振动研究[D]. 王立华.重庆大学2003
- [5].虚拟数控铣床加工过程仿真系统及相关技术的研究[D]. 李清.天津大学2004
- [6].高强度螺旋锥齿轮的设计及实验研究[D]. 张金良.西北工业大学2007