基于分割球面逼近和差分进化的复杂曲面轮廓度误差评定

为了评定复杂曲面轮廓度误差,提出了一种快速简便的分割球面逼近方法。该方法用球面逐步逼近测点垂足所在的曲面片来求得测点到设计曲面的最短距离,然后利用差分进化算法优化测点位置,结合分割球面逼近方法最终求得复杂曲面轮廓度误差值。将分割球面逼近方法和差分进化算法相结合,用于计算蜗杆齿面的轮廓度误差,仿真结果表明,该方法计算精度高于最小二乘法,能满足高精度误差评定的需求。

自由曲面轮廓度误差评定及不确定度分析

针对自由曲面轮廓度误差的评定提出了新的方法,利用实际曲面的重构模型和理论设计模型比较,判断误差是否在要求的公差带范围内。评定的过程为利用三坐标测量机(CMM)在实际加工曲面上获得离散的测点坐标;通过求解最优化问题找到变换矩阵的参数值,将测点从测量坐标系下变换到设计坐标系;利用定位后的测量点坐标,采用B样条插值的方法重构曲面。由于存在测量不确定度,误差评定的最终结果也存在不确定度。针对"S"形试件这类自由曲面,对提出的误差评定方法进行了验证,并且分析了在评定过程中定位误差。重构误差和轮廓度误差的不确定度。实验结果表明,本方法能够客观指导自由曲面加工质量的评价与验收。

基于分割球面逼近的复杂曲面轮廓度误差评定

为进一步提高复杂曲面轮廓度误差评定的精度和效率,提出一种计算点到曲面最短距离的分割球面逼近方法。该方法首先分割曲面以确定测点垂足所在的曲面片;然后用曲面片上的四点构成球面去逼近该曲面片,利用球面的几何性质求得测点到曲面片的近似距离;最后再分割该曲面片,重复上述步骤,当相邻两次的结果之差小于设定阈值时停止分割。在分割球面逼近方法的基础上结合改进单纯形法对复杂曲面轮廓度误差进行了评定。计算实例表明,分割球面逼近方法快速、精确,适用于复杂曲面轮廓度误差评定。

导轨平行度误差对工作台运动误差影响的建模与分析

机床导轨是机床各运动部件相互运动的基准,导轨误差改变了机床各部件的相对位置,破坏了各部件相对运动的准确性,造成了工作台运动误差,最终影响被加工零件的加工精度。研究了直线滚动导轨平行度误差对机床工作台运动误差的影响,根据赫兹接触理论分析了滚珠受力与接触变形的关系,基于齐次坐标变换和最小余能原理定量分析了工作台的运动误差。最后通过算法举例、仿真及计算结果的对比,表明该算法能准确计算出工作台的运动误差。

基于等矩策略的自由曲面测量方法误差分析

针对数字化测量环境中自由曲面测量点的分布问题,首先提出了2点要求:曲率自适应性和分段点之间保持间距.据此提出一类曲率自适应度可控的布点策略,称之为等矩法布点策略.这种策略是指任意相邻3个分段点组成的曲线段中,其左右两曲线段对中间分段点的质量矩大小相等.等矩法的矩次越高,曲率自适应度越小.最后通过2个算例,分析了等矩法的曲率自适应度与测量方法误差之间的关系.以正弦函数为算例,通过计算得出:当采用等4.5次矩布点时,测量方法误差取到最小;另以样条曲线为算例,计算得出满足最小测量方法误差的布点策略为均布.

基于CAD模型的自由曲面自适应采样策略

自由曲面的数字化测量是曲面类零件加工质量检测的关键环节,而数字化测量的基本要求是实现采样点随曲面曲率特征的自适应分布。传统的采样方法局限于对已知数学模型的自由曲面进行采样点规划,而对已知CAD模型的采样问题研究较少。首先提出了基于STL模型的离散数据点提取算法,将已知CAD模型的自由曲面采样转化为多组自由曲线采样问题。通过对各组离散点B样条插值,获取各截交线的参数表达;以曲率为基础,定义曲率测度函数,并以之为密度计算样条质量,提出了一种基于均分样条质量的自由曲线采样新方法。在此基础上,对自由曲面制定了详细的采样方案,实现了自由曲面采样点随曲率特征的自适应分布。计算机仿真表明,利用本文方法能高精度地逼近曲线、曲面几何特征。

五轴加工中心的在机检测系统研究

为了避免加工与检测过程中出现重复定位误差，研究了用于复杂空间型面的在机检测方法。通过将测头系统应用于五轴加工中心，分析对应机床在机检测的运动学模型并开发了后置处理程序。将传统的旅行商问题转化为最优匹配问题进行局部快速求解，获取行程段路径规划轨迹。同时提出一种干涉检验方法，利用图形求交判断的方式对检测干涉进行预处理。实现了“S”试件曲面的在机检测，并将获取偏差数据与三坐标测量机的采样数据进行对比，在数据整体一致的条件下，前者的变异系数相对后者降低了7．3％。

连续时间周期化的NURBS曲线插补及其速度规划

根据机床动力学性能,提前预测NURBS曲线插补时的速度极小值点,以这些点为基准将曲线分段,同时估算每条子曲线的长度.利用捷度阶跃式7段S型加减速规律对每条子曲线进行连续时间域下的速度规划,以插补总时间周期化为原则对连续时间域下的加减速各阶段运行时间做周期化离散处理.为了减小子曲线间衔接速度的波动,提出连续时间域运行时间重新规划的方法.为了减小NURBS曲线实时插补时的速度波动率,提出利用反向二次插补法进行实时插补计算,该方法不需要迭代计算且计算精度较高.仿真实验结果表明,连续时间域重新规划和周期化离散处理方法能够实现捷度满足机床性能要求的S型加减速速度规划,且实时插补阶段的速度波动率能够达到10-6级.

明细栏信息提取及处理技术的研究

装配图中明细栏信息是产品数据管理(PDM)系统的重要数据来源。论文研究了利用ObjectARX这一功能强大的开发工具,提取DWG文件明细栏表格信息的方法。通过明细栏对角线上的两个点的位置信息,构造选择集,对选择集内的直线和文本对象进行操作,从而获得明细栏表格内的文本和相应的位置信息,实现了明细栏信息完整地提取和入库。所开发的程序在企业信息化系统中得到了应用。

面向在机检测系统的IGES复杂型面再生及其虚拟仿真模型

为实现在机检测系统与通用实体建模软件的数据传输以及与虚拟仿真模型的实时交互,深入研究了基于初始图形交换规范(initial graphics exchange specification,IGES)的拓扑信息,提出了符合该文件格式中各种常用图形实体几何信息的存储结构.以Visual C++为开发平台,设计出符合IGES规范的数据结构及其程序算法,为非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline,NURBS)曲线、直线和组合曲线等多种图元实体都定义了各自的结构体,并且以结构体为节点将其存储到各自的链表当中,最终以类的形式进行封装.借助于OpenGL图形库函数读取存储到链表中的实体数据,实现了IGES数据中基面的绘制以及对内外边界的裁剪,最终完成了对在机检测系统中复杂空间型面的再生以及与虚拟仿真模型的交互.程序成功读取了约1,M大小的IGES数据文件,并实现了原模型的再生.

机床基础大件支撑预变形设计方法研究

针对精密机床装配过程中导轨基面静变形对几何精度的影响,提出一种预先消除该静变形的方法,即对整机进行静力学分析,获得装配后导轨基面的静变形,通过调整支撑方式使该变形在装配前呈现,便于将此变形提前消除。以一精密卧式加工中心为例,详细阐述了该方法,该方法的关键是通过优化支撑方式获得导轨基面最终静变形。以支撑点的定位尺寸为设计变量,采用正交试验的设计方法选取样本点构建BP神经网络模型,利用遗传算法对支撑位置进行优化,使导轨基面呈现目标变形。结果表明,采用优化后的支撑方式,导轨基面变形和目标变形形状相同,且最大变形分别为7.982 8μm和8.2μm,两者之间的误差为0.21μm,取得了较好的优化效果。

基于序列二次规划算法的圆柱度误差评定方法

圆柱的形状误差为研究对象,为提高圆柱体形状误差评定精度,增强其理论和工程应用价值,提出一种基于序列二次规划算法的圆柱度误差评定方法。定义了测量点到圆柱面的符号距离函数,建立了圆柱度误差评定的数学模型,应用最小二乘方法将圆柱进行粗定位,将拟合圆柱和测量点进行坐标变换简化了误差评定数学模型,运用运动几何学的知识和序列二次规划(SQP)算法解决了满足最小区域原则的圆柱度评定的优化问题。实验结果表明:提出的圆柱度的评定算法稳定性较好,效率和精度较高,所得到的误差值是有效的。

三坐标法测量球度误差时最佳测点数目的确定

通过对不同测点数目对应的球度误差值进行数据处理，绘制出散点图和显著性拟合曲线，可确定应用三坐标法测量球度误差时的最佳测点数目。

机床直线轴重复定位精度三维评价方法研究

重复定位精度是机床的一个重要性能指标,会直接影响加工产品的质量一致性。现有以直线轴运动方向的位置偏差作为评价指标的一维评价方法已经不适用于精密机床重复定位精度的评价。为了更全面地评价机床直线轴重复定位精度,提出了机床直线轴重复定位精度的三维评价方法,以球概率误差半径作为评价指标,将一维定位评价扩展到三维空间评价。首先,以卧式加工机床为例,通过齐次坐标变换建立了运动件单轴和机床的重复定位精度的数学模型,对现有一维评价方法的局限性进行分析。其次,基于卡方分布的性质,对球概率误差半径的计算过程进行简化。最后,通过简化的球概率误差半径计算方法对机床直线轴重复定位精度进行评价。以精密卧式机床的工作台为研究对象,通过实验对一维评价方法和三维评价方法进行了对比,结果表明,以球概率误差半径为评价指标的三维评价结果与定位点空间分布的离散程度基本一致。采用三维评价方法可以使机床重复定位精度的评价更加全面,可为机床整体性能的提升提供更可靠的理论指导。

球度误差评定方法的研究

本文提出球度误差的四种评定方法和相应作为评定基准的四种理想球的判别准则，并给出实验数据的处理结果。

复合位置度误差的解析求法

本文根据复合位置度的含义，提出了按最小二乘原理计算位置度误差的解析方法，并以矩形分布的６孔组复合位置度为例，推导出计算公式，给出了计算示例和计算机数据处理的程序框图。

复合位置度误差的最小条件解析算法

本文根据复合位置度的含义 ,提出了按最小条件计算位置度误差的解析方法 ,给出计算机数据处理程序框图。并以矩形分布的六孔组复合位置度误差为例 ,给出了计算示例。

三坐标法测量球度误差的实验和结果分析

本文给出了在三坐标机上测量钢球球度误差的测试方法及对测试结果的分析。

面向创新型人才培养的机械工程实践教学体系建设

本文从教学理念与改革思路、教学体系与教学内容、教学方法与教学手段、教学效果与成果等方面探讨了国家级实验教学示范中心——天津大学机械工程实践教学中心关于面向创新型人才培养的机械工程实践教学体系的建设。

基于数字化制造的螺旋锥齿轮齿面误差修正

对数字化制造中锥齿轮齿面误差修正理论进行研究。基于实际齿面坐标测量,建立误差曲面公式并给出求解方法;通过以需要调整的参数为设计变量生成的齿面去拟合误差曲面,建立齿面误差修正理论公式,最终求得调整参数修正值;以误差曲面公式和齿面误差修正公式为基础,建立了各阶齿面误差与机床调整参数的关系式;并通过采用单面法和双面法加工齿轮齿面误差的实际算例验证了修正效果。