复杂曲面加工中区域分割与机床误差补偿技术

发布时间：2017-10-21 16:14

  本文关键词：复杂曲面加工中区域分割与机床误差补偿技术

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【摘要】：复杂曲面零件作为高端装备的核心部件,其加工质量对高端装备的性能有着直接的影响。随着我国高技术产业的快速发展,复杂曲面零件的需求量也急剧增加。这使得我国在复杂曲面零件的制造方面面临极大的挑战。一个复杂曲面零件往往包含多种复杂面型,单一的工艺参数很难保证零件高质量和高效率的加工。将曲面模型进行区域分割并对不同区域应用不同加工参数,则可以提高零件的加工效率。曲面零件加工中机床本身的几何误差也会对零件的加工精度造成很大的影响。因此,对复杂曲面零件进行加工区域分割和机床误差补偿研究是实现其加工效率和精度提升的有效途径。本文首先从通用数据接口IGES文件的格式规范入手,分析并利用IGES文件的裁剪信息将复杂曲面工件分解成曲面片,然后基于本文定义的特征尺寸将面型相似的曲面片归类,完成复杂曲面模型的曲面粗分操作。在曲面粗分的基础上,基于曲面的曲率特征进行具有加工意义的区域划分,完成曲面细分操作。对细分后的不同加工区域应用不同的加工参数可以有效提高复杂曲面的加工效率。在复杂曲面零件加工效率提高的同时还要尽可能地提高加工精度,以保障复杂曲面零件在高端装备中更好的发挥作用。而机床的几何误差占总加工误差的比例较大,本文将基于DMU70V五轴机床对误差的测量和补偿方法进行研究。首先,分析了机床的基本结构,对比了常用的空间几何误差测量方案。然后,探讨九线法误差辨识机理,并基于双频激光干涉仪,完成了机床平移轴的综合误差测量。研究回转轴B的定位方案,设计回转轴辅助测量夹具,完成转轴定位误差测量。合理地布置机床运动坐标系,建立机床运动模型。基于机床平动模型和回转角度变化,结合最速下降算法求取机床误差补偿值,并最终实现补偿代码的输出和补偿仿真验证。基于OCC内核和MFC框架,开发了具有上述主要功能的加工辅助软件。同时,为了获得更好的工件加工质量,软件还增加了加工优化模块,可以实现刀轴的光顺和非切削区域干涉避免功能。软件中还设置了质量评估模块,以便更好的评估加工后工件的精度水平。以本文独立设计的模型为加工对象,结合加工辅助软件,对模型工件进行了加工验证实验。实验表明,分区后工件的加工效率得到提升,补偿后加工精度也有较大改善。
【关键词】：曲面分类 区域划分 几何误差测量 软件误差补偿 辅助软件开发
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题来源9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 复杂曲面加工分区技术10-11
• 1.2.2 数控机床几何误差检测技术11-12
• 1.2.3 机床几何误差补偿技术12-13
• 1.2.4 复杂曲面零件CAD/CAM技术13
• 1.3 本课题主要研究内容13-15
• 2 曲面模型加工特征划分15-33
• 2.1 基于IGES的模型曲面快速分类15-23
• 2.1.1 IGES数据接口简介15-17
• 2.1.2 基于裁剪信息的模型分解17-18
• 2.1.3 曲面特征尺寸的提取18-21
• 2.1.4 基于特征尺寸的复杂曲面归类21-23
• 2.1.5 复杂模型曲面分类算法应用23
• 2.2 基于曲率的加工区域划分23-32
• 2.2.1 复杂曲面曲率特征的研究23-25
• 2.2.2 凸曲面难加工区域分离25-29
• 2.2.3 凹曲面局部特征分离29-30
• 2.2.4 基于曲率的刀具路径推荐30-31
• 2.2.5 基于曲率特征的区域划分31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 3 数控机床误差测量与补偿方案研究33-60
• 3.1 双转台五轴机床基本结构33-34
• 3.2 五轴机床误差测量方案研究34-42
• 3.2.1 平移轴测量方案研究34-39
• 3.2.2 回转轴测量方案研究39-42
• 3.3 误差测量实验42-50
• 3.3.1 基于九线法的平移轴测量42-47
• 3.3.2 回转轴定位误差测量47-50
• 3.4 五轴机床误差补偿方案研究50-59
• 3.4.1 机床五轴联动模型50-54
• 3.4.2 基于最速下降算法的误差补偿研究54-57
• 3.4.3 补偿方案的实际应用与补偿仿真57-59
• 3.5 本章小结59-60
• 4 基于OCC的加工辅助软件开发60-69
• 4.1 开发工具简介60-61
• 4.1.1 Open CASCADE内核60-61
• 4.1.2 MFC类库61
• 4.2 软件界面说明61-62
• 4.3 模块功能与实现62-68
• 4.3.1 模型快速分割模块62-63
• 4.3.2 误差补偿模块63-64
• 4.3.3 加工优化模块64-67
• 4.3.4 质量评估模块67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 5 分区与误差补偿加工实验69-74
• 5.1 模型的设计与加工69-71
• 5.2 加工后工件的测量71-72
• 5.3 实验结果分析72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 曹利新;马晓嘉;;五坐标加工整体叶轮粗加工刀位规划[J];大连理工大学学报;2008年01期

2 张虎,周云飞,唐小琦,陈吉红;数控加工中心误差G代码补偿技术[J];华中科技大学学报(自然科学版);2002年02期

3 董雷;曹利新;;通道曲面的柱面逼近方法及其在叶轮插铣中的应用[J];航空学报;2014年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 凡志磊;五轴数控机床误差综合建模与测量技术[D];上海交通大学;2011年

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本文编号：1074248