基于GPS的肤面模型构建及公差分析技术研究

发布时间：2020-10-24 23:50

　　 零件的几何偏差对产品的功能有着很大的影响,因此必须对其进行分析和控制。新一代GPS(产品几何技术规范)中提出的肤面模型代表了含有几何偏差的非理想模型的一部分,从而发展成为了一种新的计算机辅助公差方法。目前,对肤面模型构建技术的相关研究并不完善,较少的考虑加工方式、工艺系统(载荷、温度)等对零件表面性能的影响,使其不能全面地指导公差设计。另外,在公差分析方面,大多只针对尺寸公差,没有反映零件间配合特征上的形状、位置等几何公差信息,使得公差分析结果不准确。针对上述问题,本文围绕着基于GPS的肤面模型构建和公差分析相关技术进行了深入系统地研究:(1)研究了基于GPS的肤面模型构建技术。首先基于新一代GPS操作技术和随机过程理论,提出了一种能够表征零件微观形貌特征的肤面模型构建方法,模拟生成了具有不同自相关函数特征的三维随机高斯表面;然后利用Johnson转换系统研究了三维非高斯表面的模拟方法,模拟生成了不同加工方式的产品表面形貌误差特征模型;最后,基于CAD/CAE集成技术和逆向工程技术构建了平面类和圆柱类典型肤面模型实例。(2)研究了考虑加工方式的肤面模型构建及评估技术。利用齐次坐标变换原理,建立了铣刀与工件之间相对运动的轨迹方程,在MATLAB软件中构建了不同切削参数下的产品肤面模型。研究了肤面模型的评估技术,提出了一种利用投影变换的平面度误差评定方法,该方法不需要采用优化算法即可实现平面度误差的最小区域评定,实验结果表明,该方法通用性强且具有较高精度。(3)研究了基于雅克比旋量模型的公差分析技术。利用SDT理论,建立了不同公差带形状的数学模型。考虑几何偏差以及特征矢量间约束,对雅克比旋量模型进行了修正。以机床尾座和两个方块的简单装配体为例,对比了极值法和蒙特卡罗法算法的结果,验证了该模型的准确性和可靠性。(4)研究了考虑加工工艺系统的肤面模型构建问题,重点解决了在受力变形和受热变形的影响下,车削外圆、纵磨外圆、横磨外圆、纵磨内孔、横磨内孔等典型加工工艺的产品肤面模型构建问题。在上述研究的基础上,利用MATLAB GUI平台研制了产品肤面模型仿真系统,并进行了实例验证。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG801;TH161
【部分图文】：

论文总体框架图

2 基于 GPS 的肤面模型构建技术研究设计阶段，设计者基于功能要求对实际工件表面进行模拟得到的范表面模型）包含了特征要素的最大偏差，主要用于指导公差设测量认证阶段，通过对实际工件表面采样而获得点集合的肤面模证表面模型），可用来确定实际工件的误差，将实际工件的肤面模的肤面模型进行对比，从而确定该工件是否满足功能要求。

步骤一：初始设计阶段，设计人员使用 CAD 软件设计零件公称表面模型记为 A，该模型总共有n个面，则每个面记为 A(i 1,2...n)i 。步骤二：提取操作，离散化公称表面模型 A,使其成为具有有限个离散点的表面模型B 。则每个面 A(i 1,2...n)i 离散为 B(i 1,2...n)i 。其中iB 为i面的离散点的坐标矩阵，若该面离散之后的点有iiM N个，则该矩阵记为()iiiMNB 。步骤三：分离操作，分离该零件的装配关键特征面，将其记为jB 。求jB 面中每个点的法向量，并得到每个点的法向量坐标值，总共得到MN 个法向量，则该面的法向量矩阵jN ，包含 M N个元素。步骤四：分析装配关键特征面jB ，模拟特征面包含的微观形貌特征信息离散点（详见 2.4、2.5 章节），得到变动特征面（非理想离散表面）j B ，j B为包含 M N个元素的矩阵。步骤五：将变动特征面j B与装配关键特征面jB 叠加为非理想特征面jj B。用jj B把B 中关键特征面替换，得到零件的非理想离散模型'B。步骤六：重构操作，利用曲面重构技术将零件的非理想离散模型'B 拟合成零件肤面模型（非理想连续模型）C 。
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本文编号：2855141