基于虚拟加工的工件表面粗糙度建模与分析

发布时间：2017-08-08 23:18

  本文关键词：基于虚拟加工的工件表面粗糙度建模与分析

  更多相关文章： 表面粗糙度 虚拟加工 数学模型 误差 规律

【摘要】：表面粗糙度是衡量工件表面质量的重要参数,它对零件的使用性能及可靠性都有显著影响。在制造业不断发展的今天,人们对工件表面粗糙度的要求不断提高。本文在参考大量国内外文献的基础上,分析了工件表面粗糙度的影响因素及建模方法。根据切削加工的基础理论,以车削圆柱面为例,系统研究了表面粗糙度的数字化建模及其影响因素对表面粗糙度的影响规律。本文的主要研究内容如下:第一章介绍了国内外学者对虚拟制造技术和工件表面粗糙度建模的研究现状,并阐述了课题的研究背景,系统地分析了现阶段研究存在的明显不足:目前的工件表面粗糙度模型的通用性不足,且不能量化机床运动误差对工件表面粗糙度的影响;虚拟制造技术在工件表面粗糙度上的应用还不够深入。由此,本文提出基于虚拟加工的工件表面粗糙度模型,分析机床运动误差因素对工件表面粗糙度的影响规律。第二章表面粗糙度对零件使用性能影响显著。通过对车削加工过程及表面粗糙度的形成的描述,分析了工件表面粗糙度的影响因素。现有的表面粗糙度模型只能分析切削加工参数和刀具参数对工件表面粗糙度的影响,而对机床主轴径向跳动误差,刀具振动等因素影响的研究还不能实现。在此基础上,针对现阶段研究存在的不足,提出基于虚拟制造技术的工件表面粗糙度建模与分析的研究思路及方法,更全面地分析工件表面粗糙度。第三章将机床部件运动误差和工件表面粗糙度的形成相结合,以实现工件表面粗糙度的控制为目标,建立一个切实有效的表面粗糙度模型是很有必要的。根据多体系统运动学理论和齐次坐标变换原理建立机床运动误差模型,以及圆弧刀具的模型,并由车削加工理论和虚拟制造技术再现车削加工圆柱面,合理地将机床部件的位姿误差、运动误差反映到虚拟车削工件表面,大大提高了表面粗糙度模型的可操作性和通用性,同时使分析结果更具针对性。文中详细介绍了表面粗糙度模型的建立过程及使用方法,为实现工件表面粗糙度的量化提供理论依据。第四章以机床主轴径向跳动误差和刀具振动为例,根据表面粗糙度模型可以得到不同误差因素对工件表面粗糙度的作用规律。这里假设机床主轴径向跳动和刀具振动均为简谐振动模型,利用MATLAB仿真存在主轴径向跳动误差和刀具振动的虚拟工件表面。在误差表面轮廓上,采用高斯滤波原理得到误差表面轮廓的评定基准线及表面粗糙度轮廓,从而实现工件表面粗糙度值的量化,得到机床主轴径向跳动误差、刀具振动及刀具参数对工件表面粗糙度的作用规律。同时,也体现了基于虚拟加工的工件表面粗糙度模型的正确性。第五章总结全文的研究工作,并对表面粗糙度的后续研究进行展望。
【关键词】：表面粗糙度 虚拟加工 数学模型 误差 规律
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH161.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究现状及存在的不足11-18
• 1.2.1 虚拟制造技术11-12
• 1.2.2 表面粗糙度建模12-18
• 1.2.3 现阶段研究存在的不足18
• 1.3 课题来源及其研究意义18-19
• 1.3.1 课题来源18
• 1.3.2 课题研究意义18-19
• 1.4 本论文研究的主要内容19-20
• 1.5 本章小节20-22
• 2. 表面粗糙度的影响因素及其研究思路22-32
• 2.1 表面粗糙度对零件使用性能的影响22-23
• 2.2 表面粗糙度的形成23-27
• 2.2.1 工件表面的形成23-25
• 2.2.2 车削表面形貌分析25-26
• 2.2.3 工件表面粗糙度的形成26-27
• 2.3 表面粗糙度的影响因素分析27-29
• 2.4 研究思路及方法29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 3. 基于虚拟工件表面的粗糙度建模32-54
• 3.1 机床误差建模的基本理论及方法32-39
• 3.1.1 基于多体系统理论的机械结构32-33
• 3.1.2 相邻体间理想位姿关系表示33-35
• 3.1.3 相邻体间实际位姿关系表示35-37
• 3.1.4 齐次坐标变换原理及应用37-39
• 3.2 建立机床的运动误差模型39-44
• 3.2.1 机床运动误差模型39-41
• 3.2.2 机床主轴回转误差模型41-44
• 3.3 刀具模型44-48
• 3.3.1 刀具几何模型的建立44-46
• 3.3.2 刀具参数轨迹方程46-47
• 3.3.3 刀具振动模型47-48
• 3.4 虚拟工件表面形貌仿真48-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4. 虚拟工件的表面粗糙度预测及分析54-76
• 4.1 虚拟工件表面粗糙度预测54-61
• 4.1.1 虚拟工件表面轮廓的提取55-57
• 4.1.2 高斯滤波57-59
• 4.1.3 表面粗糙度评定59-61
• 4.2 单一影响因素对表面粗糙度的作用规律61-69
• 4.2.1 机床主轴径向跳动误差对表面粗糙度的影响规律分析61-65
• 4.2.2 刀具振动对工件表面粗糙度的影响规律分析65-69
• 4.3 多因素对工件表面粗糙度的影响规律分析69-74
• 4.4 本章小结74-76
• 5. 结论与展望76-78
• 5.1 工作总结76-77
• 5.2 工作展望77-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84
• 附录84-86
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马裕民，，徐建强，张文之，丁延年，江弛;用“核带比”法测量工件表面粗糙度[J];计量技术;1994年06期

2 邹文学，盛锡珀，李晓明;单片机在工件表面粗糙度测试中的应用[J];哈尔滨电工学院学报;1996年01期

3 曹麟祥;王建忠;;用光纤半圆阵列测量准二维工件表面粗糙度参数的仿真研究[J];宇航计测技术;1990年06期

4 景军太;;高速车削工件表面粗糙度特征分析[J];科技情报开发与经济;2007年21期

5 王翠;王中任;张振华;魏文静;翟张唯;;车削工件表面粗糙度在机视觉测量装置的设计[J];装备制造技术;2012年07期

6 林岗;朱雅萍;毛伟;;工件表面粗糙度预测实验系统的研制[J];实验室研究与探索;2009年08期

7 彭兰;;高速深切磨削陶瓷工件表面粗糙度的在线监测[J];制造业自动化;2009年04期

8 毛伟;林岗;张家琪;;精车工件表面粗糙度预测系统的开发[J];河海大学常州分校学报;2007年04期

9 曲云霞,关颉文;超声振动磨削对工件表面粗糙度的影响[J];河北工业大学学报;1997年03期

10 陈建;原一高;吴贺龙;朱世根;;研磨工艺对工件表面粗糙度及残余应力的影响[J];工具技术;2009年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王利;基于虚拟加工的工件表面粗糙度建模与分析[D];重庆理工大学;2016年

本文编号：642495