弧面凸轮廓面加工误差高效虚拟测量技术的研究

论文摘要

以弧面凸轮为核心件的传动机构具有精度高、承载扭矩大、结构紧凑、使用寿命长等特点,已在许多自动机械中广泛应用。目前国内外对弧面凸轮主要采用数控加工方法,很大程度上提高了弧面凸轮加工精度和加工效率。但国产弧面凸轮式传动机构产品的性能与国外同规格产品仍然存在较大差距,市场的占有率还很低。究其原因是弧面凸轮工作廓面为不可展螺旋曲面,其加工与检测对精密数控加工中心、三坐标测量机等昂贵仪器设备严重依赖,而国内弧面凸轮的制造与检测手段不健全,整体水平还很滞后,严重制约了国产弧面凸轮式传动机构产品的高精、高效开发和推广应用。如何降低对三坐标测量机的严重依赖性,实现弧面凸轮廓面加工误差高效、低成本测量是弧面凸轮式传动机构产品制造中的一项重要课题。因此,迫切亟待深入研究弧面凸轮廓面加工误差高效虚拟测量技术,以弥补目前三坐标测量复杂曲面的诸多不足。为此,本文利用虚拟测量原理、弧面凸轮空间啮合理论、UG及其开发工具、VC++等手段,探索弧面凸轮廓面加工误差的虚拟测量方法、模型,进行测量软件开发和实例应用,具体研究工作如下:1)综述了弧面凸轮数控加工工艺、数控加工误差测量以及虚拟测量技术的发展现状,分析了虚拟测量技术在弧面凸轮加工误差检测方面的发展趋势;根据弧面凸轮空间啮合理论,推导了弧面凸轮的理论廓面方程,奠定了后续研究基础。2)提出了基于虚拟测量原理的弧面凸轮加工误差虚拟测量方法,基于虚拟测量原理,以数控加工仿真模型为虚拟测量对象,利用弧面凸轮理论曲面方程规划虚拟测头的测量离散位置,通过几何干涉判断分析测头与被测加工曲面的空间几何位置关系,依据干涉程度求解加工误差。3)依据虚拟测量模型,利用UG平台及其二次开发工具和VC++开发了弧面凸轮加工误差虚拟测量软件,运用VERCUT仿真进行弧面凸轮虚拟测头测量轨迹验证,测量软件实现了与UG系统无缝集成,为弧面凸轮虚拟设计、制造与测量提供了CAD/CAM/CAT有效平台支撑。4)基于以上研究进行实例分析,分别对范成法和单侧面偏置法加工的弧面凸轮廓面加工误差进行虚拟测量,实例虚拟测量值与文献理论预报值完全吻合,表明提出的方法正确、建立的模型有效、开发的软件可信。综上,本文的研究为弧面凸轮廓面加工误差实现高效、低成本测量提供了有效解决方案,为拓展虚拟测量技术在复杂曲面加工中的应用示范奠定了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 弧面凸轮数控加工工艺
• 1.2.2 弧面凸轮数控加工误差的测量
• 1.2.3 虚拟测量技术
• 1.3 目前存在的主要问题
• 1.4 研究的目标和主要内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 相关基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 弧面凸轮的基本理论
• 2.2.1 弧面凸轮的工作原理
• 2.2.2 弧面凸轮工作廓面方程的推导
• 2.3 复杂曲面加工误差测量
• 2.3.1 复杂曲面测量简介
• 2.3.2 曲面测量方法与原理
• 2.4 虚拟测量基本理论
• 2.4.1 虚拟测量技术的概念
• 2.4.2 虚拟测量技术的原理和实施步骤
• 2.5 本章小结
• 第3章 弧面凸轮廓面加工误差虚拟测量方法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 弧面凸轮廓面加工误差虚拟测量方法建立
• 3.2.1 虚拟测量模块的组成
• 3.2.2 虚拟测量模块的测量原理
• 3.2.3 虚拟测量的测量步骤
• 3.2.4 虚拟测量的测头半径补偿
• 3.3 弧面凸轮廓面加工误差计算方法
• 3.3.1 加工误差计算方法基本理论
• 3.3.2 加工误差计算方法原理
• 3.3.3 加工误差计算方法实例
• 3.4 弧面凸轮虚拟测量CAT 系统开发与CAD/CAM 集成
• 3.4.1 集成系统简介
• 3.4.2 UG 二次开发简介
• 3.4.3 弧面凸轮CAD/CAM/CAT 集成系统
• 3.4.4 基于UG&VERICUT 的虚拟测量过程仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 实例应用
• 4.1 前言
• 4.2 基于范成法的弧面凸轮廓面加工误差虚拟测量
• 4.2.1 范成法加工误差分析
• 4.2.2 范成法加工误差虚拟测量模块设计
• 4.2.3 范成法加工误差虚拟测量实例分析
• 4.3 基于单侧面的弧面凸轮廓面加工误差虚拟测量
• 4.3.1 单侧面加工误差分析
• 4.3.2 单侧面加工误差虚拟测量模块设计
• 4.3.3 单侧面加工误差虚拟测量实例分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文