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专利号: 2018109400667
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取预测区域理想刀位点PW的坐标PW和理想刀轴矢量VW,在考虑加工误差的条件下,根据多体理论和齐次坐标变换获取对应实际刀位点P′W的坐标P′W和实际刀轴矢量V′W;

步骤2:选取刀具侧刃上若干点作为刀触点,根据刀位点和刀触点的几何关系,计算理想刀位点PW对应的系列理想刀触点坐标PC和实际刀位点P′W对应的系列实际刀触点坐标PC′;

步骤3:根据步骤2得到的理想刀触点和实际刀触点,构建理想加工表面Si(u,v)和实际加工表面Sa(u,v),u为曲面横向参数,v为曲面纵向参数;

步骤4:计算通过步骤3得到的理想加工表面上预测点P的法线L和实际加工表面Sa(u,v)的交点Pa;计算预测点P和交点Pa的距离,即可得到预测点P处的点位轮廓误差。

2.根据权利要求1所述的一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法,其特征在于,所述步骤1中P′W和V′W的计算方法为:P′w=(p′x,p′y,p′z)T=(ΠiTj′)-1(ΠiTj′)Pt     (1)V′w=(V′x,V′y,V′z)T=(ΠiTj′(r))-1(∏iTj′(r))Vt     (2)式中:p′x,p′y,p′z表示实际刀位点在工件坐标系中的坐标,iTj′表示从体“i”到体“j”的误差特征变换矩阵,Pt表示刀位点在刀具坐标系中的坐标;V′x,V′y,V′z表示实际刀轴矢量在工件坐标系中的坐标,iTj′(r)表示从体“i”到体“j”的转动误差特征变换矩阵,Vt表示刀轴矢量在刀具坐标系中的坐标。

3.根据权利要求1所述的一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法,其特征在于,所述步骤2中理想刀位点PW对应的系列理想刀触点PC的计算方法如下:设两相邻刀位点PW_i和PW_i+1,计算得理想刀位点PW_i的切向矢量为ti:ti=[xi+1-xi yi+1-yi zi+1-zi]T     (3)式中:xi,yi,zi为刀位点PW_i的坐标,i为刀位点序号,xi+1,yi+1,zi+1为其相邻刀位点PW_i+1的坐标;

计算PW_i处刀轨法矢ni:

式中:nxi,nyi,nzi为法矢坐标,Vi为PW_i的刀轴矢量;

PW_i对应的系列理想刀触点PC_i_k(k=1、2、…、m)的坐标PC_i_k为:式中:Pxi_k,Pyi_k,Pzi_k为刀触点坐标,R为刀具半径,r为刀具圆角半径,k为刀触点序号,d为相邻刀触点轴向间距;

采用相同的方法,根据实际刀位点P′W_i的坐标P′W_i及实际刀轴矢量Vi′,即可计算得到相应的系列实际刀触点P′C_i_k。

4.根据权利要求1所述的一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法,其特征在于,所述步骤3中通过NURBS曲面拟合方法,基于理想刀触点和实际刀触点分别构建理想加工表面Si(u,v)和实际加工表面Sa(u,v)。

5.根据权利要求1所述的一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法,其特征在于,所述步骤3中构建理想加工表面和实际加工表面的方法如下:将步骤2得到的离散刀触点作为型值点Pij,i=0,1,2,…,m;j=0,1,2,…,n,其中m为刀触点排列的行数,n为刀触点排列的列数,则3×3次NURBS曲面数学定义为:式中:Vi,j为曲面的控制顶点,wi,j为与控制顶点相联系的权因子,Bi,3(u)和Bj,3(v)分别为沿u向的3次和沿v向的3次B样条基函数;

根据型值点数据计算节点矢量和基函数,反求控制点网格及权因子,即可得到曲面方程。

6.根据权利要求5所述的一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法,其特征在于,所述步骤4中法线和实际加工表面的交点Pa计算方法如下:S1:计算理想加工表面上预测点P(xp,yp,zp)处的法矢np:式中: 和 分别表示Si(u,v)在u和v向的偏导矢;

S2:构建过P点的法线L

法线L过预测点P,直线方向为法矢np方向,法线方程为:L(t)=P+t·np       (8)

式中:t为直线插值参数,t≥0;

S3:计算变换坐标系后的实际加工表面S′a(u,v):控制点权因子取1,则根据公式(6)可得Sa(u,v)的表达式:将曲面Sa(u,v)和直线L所在坐标系变换为直线L为Z轴的坐标系,设变换矩阵为T;

则变换后的曲面参数方程的控制顶点Vij'=TVij,变换后的曲面方程为:S4:计算法线与实际加工表面的交点Pa:

转换后的坐标下,Z轴与曲面S′a(u,v)的交点坐标的x值和y值为零,即S′ax(u,v)=0,S′ay(u,v)=0:式中:V′xij和V′yij分别为控制顶点V′ij的x坐标值和y坐标值;

求解公式(11)即可得转换后的坐标系下的交点Pa′(x′pa,y′pa,z′pa),则转换前的交点坐标Pa(xpa,ypa,zpa)为:(xpa,ypa,zpa)T=T-1(x′pa,y′pa,z′pa)T      (12)。

7.根据权利要求1所述的一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法,其特征在于,所述步骤4中预测点P的法向轮廓误差εp为: