曲面接触问题及其等距面接触特性研究

从微分几何学角度探讨了两曲面的接触问题,以及两曲面的接触状况与其等距面的接触状况之间的关系,这些内容对于讨论五坐标曲面数控加工中的刀位确定和几何残留误差的计算等将发挥重要的作用.研究发现:诱导曲率是描述两曲面间接触状况的重要几何不变量,对于点接触的两曲面,给出了二阶离差的计算公式;对于线接触的两曲面,证明了两曲面呈二阶接触的条件为两曲面在对应点处具有相同的主方向和主曲率;同时证明了两曲面若二阶密切,则其等距面也能保证二阶密切,而且原曲面的三阶离差与其等距面上的三阶离差大小也相同.

带折痕的Loop细分曲面等距面处理算法

Loop细分曲面不同细分层次的网格面可作为不同加工工序的加工模型.现有等距面生成算法因未考虑折痕和边界的特殊情况,当折痕或边界存在时将会生成与预期结果有较大差别的等距面.给出了折痕等尖锐特征处极限等距位置的计算方法,以及根据尖锐特征点极限位置反求初始网格等距位置的Gauss-Jacobi迭代公式,并证明了其迭代收敛性.采用文中算法得到的等距网格面令人满意.

头戴设备VR环境下光滑加权等距面交互建模

给出一种在头戴设备VR环境中交互式建模机制,通过头戴式VR设备手柄可输入点、线、面基本骨架,对于给定的可变半径信息,在GPU上采用CUDA(Compute Unified Device Architecture)并行计算带权重的距离场,并进一步采用并行Marching Cubes方法提取等距面。为避免多骨架等距面交接处的不光滑性,本建模系统采用加权滤波核函数根据骨架半径对距离场自适应光顺处理,从而生成基于骨架的多组件光滑混合模型。系统所提供交互方式自然,适合非专业人员的快速建模需求,并且所生成模型具有二维流形表面特征,可直接用于三维打印。

等距面的构造新方法

本文提出了一种新的等距面构造方法。其核心思想是：根据给定的曲面，在空间点到该曲面的最小距离的数据场内，利用Marching Cube算法，抽取到该曲面的最小距离为等距距离d的等值面（三角面片的集合）。在构成等值面的三角面片的集合中，去掉到给定曲面最短距离为d且是在曲面边界取得最小距离的三角面片，剩下的三角面片的集合即为两个原曲面的用三角面片逼近的等距面。这种方法最大的优点是自动克服了构造等距面过程中出现的自相交现象。

一种叶片截面线光顺及等距面生成方法

采用等距面生成球头刀加工刀具轨迹是曲面加工中一种常用的方法。但是,在对叶身曲面进行等距偏置时,经常出现无法偏置的问题。针对该问题,分析了曲面偏置自相交原因,并根据叶片类零件叶身曲面的特点,提出了一种叶身截面线光顺及等距面生成方法。该方法首先采用Kjellander方法将原始截面线进行自动光顺,然后根据光顺后的原始截面线和数据采样法构造偏置截面线,最后通过截面线放样法构造叶身曲面等距面。实例表明,采用Kjellander方法可以实现叶片曲面的自动光顺和叶片曲面等距面的构造。

双三次曲面的等距面的光顺逼近

本文提出了一种用双三次参数曲面逼近双三次Bezier曲面的等距面的方法.通过对曲面片角点处扭矢量的调整,得到最佳平方逼近的光顺的等距面.

一种有效的等距面构造方法

提出一种构造等距面的方法。该方法为:将基曲面离散成(m+1)×(n+1)个数据点,根据距离为d的等距面的公式,计算得到(m+1)×(n+1)个等距点。然后,应用最小二乘法将这些等距点拟合成Bézier曲面。利用[12]中Bézier曲面快速离散求交的方法,求出顶点Ps(p1p2pl)的折线,可看成等距面的自相交线。反求出这些折线端点参数值,用径向基函数拟合这些参数值,来判断自相交的边界去除自相交。此方法能够快速有效的去除等距面的自相交。

基于树型结构的三维快速等距面计算方法

基于树型结构的快速等距计算方法可以有效地解决等距过程中发生的拓扑、自交、同化等现象。本文将结合有关移动截面的特点,介绍一种解决上面问题的快速等距理论———水平集方法。该方法用距离函数来解决移动截面的这类问题。使用八叉树网格剖分可以提高这个算法的效率。

等距面误差对抛物面廓形精度的影响

在抛物面加工中，对工件的已加工表面上引起的等距面误差进行了理论分析和计算。用三点法求出理论曲线的最小平移距离，再用两点距离法建立磨具加工面上各点误差的数学模型，该模型适合各类二次曲线磨具等距线误差的计算。实验结果表明磨具等距线误差变化范围为0～0．7μm，成形精度能满足大多数工件的面形精度要求，且磨具两端的最大误差为0．62414μm，同时，等距面误差随刀具或磨具的磨损量，以及抛物面的曲率的增大而增大，结果证明了该方法的有效性。

叶身曲面的等距面光顺方法

求取等距面是曲面交线清根加工中的重要环节。本文针对转子叶片类零件的特点,给出了一种具有较好光顺性的叶身曲面等距面的生成方法。消除了生成等距面时可能出现的折叠情形;给出了一种直观的曲面光顺进程控制方式,有效地处理了等距面的光顺问题。

离散曲面的等距面生成算法

离散曲面的等距面生成问题是一个不同于传统的等距面计算的新问题。拟对该问题展开研究并提出一个有效的离散曲面的等距面生成算法。该算法通过计算离散曲面的包络面上的离散体元而生成等距面。所提算法可以有效地解决等距计算过程中发生的拓扑、自相交等现象。实验结果表明了该算法的有效性。

基于冷焊技术的等距型面轴再制造

针对进口某型连采机截割减速器等距型面轴在长期使用后出现不同程度磨损的现状,建立了等距型面轴轮廓曲线方程,编写了等距型面轴数控铣削程序,比较了冷焊、激光熔覆及电刷镀的特点,采用冷焊技术对磨损的等距型面轴进行了再制造,成功应用于进口某型连采机设备大修。结果表明,再制造的等距型面轴恢复了原有机械性能,再制造成本仅为新件采购成本的1/5,显著降低了煤矿企业生产成本,同时也为非圆柱复杂曲面再制造积累了经验。

等距圆弧面细长轴多轴车削工件系统模态分析

等距圆弧面细长轴是等距型面联接中的主要部件,为了高效率地加工等距圆弧面细长轴,设计了多轴车削工件系统,采用ABAQUS有限元分析软件对工件系统进行约束模态研究。利用单因素变化法研究细长轴长度、直径对系统固有频率和模态振型的影响。结果表明,工件系统的各阶固有频率随长度增加呈下降趋势,随直径增加呈上升趋势。改变工件系统的长度和直径对系统模态振型的影响不大,不同长度和直径工件的振型前8阶为一阶弯曲变形,8~16阶为二阶弯曲变形。因此,等距圆弧面细长轴多轴车削工件系统在高阶振动过程中可能发生干涉现象。

三弧段与四弧段等距型面联接接触应力分析

在相同公称直径、不同偏心距、不同转矩及配合方式下,应用有限元分析方法分析了三弧段与四弧段等距型面联接接触应力的分布及变化规律。仿真结果表明:三弧段与四弧段等距型面联接接触应力沿着廓形曲线呈周期数与圆弧个数相同的周期性分布;增大偏心距,接触区域随之增大,接触应力变小,在满足要求的情况下,应尽可能地增大偏心距;接触应力随着转矩的增大而增大;传递小转矩时宜采用小间隙及过渡配合的联接方式,传递大转矩时宜采用过盈与过渡配合的联接方式;在公称直径相同时,三弧段等距型面联接承载能力优于四弧段等距型面联接。

三弧段等距型面设计参数计算研究

针对某型大功率高速水力测功器主轴三弧段等距型面曲线点样本集(测点),提出一种简单的参数计算方法。通过该方法得到了三弧段等距型面曲线偏心量、等距值等设计参数,再通过极坐标方程得到三弧段等距型面拟合曲线理论坐标点。经与实际测点对比,三弧段等距型面拟合曲线理论坐标点与实际测点基本吻合,两者极径差值随角度在-0.09~0.02mm范围内变化,呈先增、后减、再增的变化趋势,曲线近似呈周期性变化;在160°~180°范围内,三弧段等距型面拟合曲线理论坐标点与实际测点极径差值随角度增加而增大,原因可能是某型高速水力测功器主轴三弧段等距型面在180°位置附近受力变形或者加工偏差过大;三弧段等距型面拟合曲线理论坐标点极径相对误差基本控制在0.09%以内,变化趋势与理论坐标点、实际测点极径差值曲线变化趋势基本一致,误差满足工程需要,从而验证了参数计算方法的准确性,所得到的参数可以作为某型高速水力测功器三弧段等距型面曲线的设计参数。

BP神经网络在三次有理B样条曲面近似等距面中的应用研究

利用改进的BP神经网络构造三次有理B样条曲面等距面。训练成功后的神经网络可作为描述自由曲面的模型,利用它能够产生任何需要的点。实际证明,该方法简单、有效。

NURBS曲面的等距逼近光顺算法

给出了NURBS曲面的等距逼近的光顺算法,通过调整权因子修改等距NURBS曲面,从而满足工程加工的需要.最后给出了几个计算实例.

等距型面轴检测方法的研究

根据曲线拟合得到的等距型面方程分析了其廓形特征,以常规的三点测量法为基础,提出了一种新的等距型面轴检测方法,设计了一个新型检测系统。该法提高了测量的准确度和精度,该系统能够精确地测量出等距型面轴的评价参数。

轴向车铣等距型面的运动建模

为研究轴向车铣加工等距型面的切削过程,针对其运动过程复杂的特点,以矢量为研究对象,通过矢量分析建立描述其运动过程的数学模型,并给出基本矢量方程。通过数学模型对加工的运动轨迹进行仿真,分析主要切削参数对运动轨迹的影响。为验证运动矢量模型的正确性,进行等距型面的轴向车铣加工试验,得到包含内外轮廓等距型面的加工样件。结果表明,采用轴向车铣完全可以实现等距型面的内外轮廓加工,理论上只要增大铣刀与工件的转速比就可以得到足够小的工件表面粗糙度,且选用逆铣的切削方式更容易得到光滑的加工表面。