空间凸轮精密测量及数字化逆向工程关键技术的研究
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摘要
本文以空间凸轮为研究对象,从工程实际出发,以三坐标测量机和计算机运动仿真技术为工具,对空间凸轮的精密测量方法、从动件的运动规律反求方法及廓面误差检测方法进行了较深入的理论分析和实验研究。
     对空间凸轮机构及其运动规律进行了分析和研究。介绍了空间凸轮机构的常用类型、空间凸轮轮廓设计、压力角简化算法及常用运动规律。为空间凸轮的精密测量、从动件运动规律反求及误差检测研究奠定了基础。
     重点研究了空间凸轮的精密测量问题。提出了一种空间凸轮快速、精密测量方法及测球半径补偿方法,系统地论述了该测量方法的原理,给出了测球半径补偿的数学表达式,并基于WinMeil平台编制了可实现实时测球半径补偿的空间凸轮专用测量程序。解决了空间凸轮快速、精密测量的难题,为空间凸轮机构从动件运动规律的反求及轮廓误差检测奠定了基础。
     详细探讨了空间凸轮机构从动件运动规律反求问题。提出了一种基于计算机运动仿真的运动规律反求方法,并详细探讨了该方法的理论基础,推导出了从动件运动规律的数学表达式。计算机仿真技术的高效性与精确性保证了本方法能够实现空间凸轮机构从动件运动规律的快速、准确反求。该方法的提出为空间凸轮机构从动件运动规律的反求设计提供了新思路,同时也为其它机构的正向与逆向设计指明了新方向与新方法。
     系统分析了空间凸轮轮廓误差检测问题。以空间凸轮的精密测量为基础,提出了一种简单实用的空间凸轮轮廓误差检测方法,并讨论了数据匹配问题。最后,以此作为理论基础,采用Visual C++ 6.0作为开发工具,编制了空间凸轮轮廓面加工误差检测软件。
     基于上述空间凸轮精密测量方法、运动规律反求方法及轮廓面误差检测方法的研究结论,分别进行了实验验证及分析。实验结果表明,上述方法正确可行。证明了本文所提出的理论及方法的正确性,具有重要的理论意义和实际应用价值。
Focusing on the spatial cams, the dissertation, starting with the practical processing, analyzes and experiments research the precision measurement for spatial cams, the reverse design of follower motion specifications and contour error inspection of spatial cams deeply by coordinate measure machine and emulation.
     The spatial cam mechanisms and their motion speciation are analyzed and studied intensively. The commonly used spatial cam mechanisms, the design of spatial cam contours, the simplified algorithm of pressure angle and commonly used motion speciation are presented. The groundwork is established for the study of the precision measurement for spatial cams, the reverse design of follower motion specifications and the error inspection of spatial cams.
     The exact measurement method for spatial cams is studied intensively. A kind of exact measurement method for spatial cams and probe-radius compensation method are presented in this dissertation, and the principle of this measurement method is discussed in detail. A specified measure program that can realize real-time probe-radius compensation is also programmed via WinMeil. The groundwork is established for the reverse design of follower motion specification for spatial cam mechanisms and the error inspection of spatial cams, and the measure puzzle for spatial cams is also solved.
     The reverse design of follower motion specification for spatial cam mechanisms is studied in detail. A new kind of reverse design method for spatial cam follower motion specification via motion simulation is provided. Its theoretical foundation is discussed in detail, and the expression of the follower motion specification is calculated. The high efficiency and exact of emulation technology ensures that this method can realize reverse design of spatial cam follower motion specifications rapidly and accurately. This method provides a new train of thought for the reverse design of spatial cam follower motion specifications, and points out new directions and methods of design and reverse design for other mechanisms in the same time.
     The contour error inspection of spatial cams is studied systematically. A simple and applied error inspection method for spatial cams is provided based on the exact measurement of spatial cams, and the data mating is also studied. At last, on the base of this, an error inspection program for spatial cams is programmed using Visual C++ 6.0.
     Based on the achievement of the exact measurement of spatial cams, the reverse method of motion specifications and the contour error inspection of spatial cams, each experiment and analysis are done. The results show that this technology is correct and feasible. Thereby, the theory and methods proposed in this dissertation are correct and have important theoretical and actual value.
引文
[1] 金涛,童水光. 逆向工程技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003.
    [2] 金涛,陈建良,童水光. 逆向工程技术研究进展[J]. 中国机械工程, 2002, 13(16): 1430-1436.
    [3] 刘之生,黄纯颖. 反求工程技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 1992.
    [4] 王先逵. 制造技术的历史回顾与面临的机遇和挑战[J]. 机械工程学报, 2002, 38(8): 2-8.
    [5] 彭国勋,肖正扬. 自动机械的凸轮机构设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 1992.
    [6] Minyang Yang, C K. A CAD/CAM system for spatial cams[J]. INT. J. PROD. RES, 1992, 30(12): 2797-2811.
    [7] 尹明富. 空间凸轮机构设计误差分析与单侧面加工理论及实验研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2003.
    [8] 杨基厚. 机构运动学和动力学[M]. 北京: 机械工业出版社, 1987.
    [9] 徐峰,葛正浩,杨芙莲,等. 逆向工程中的数据测量技术[J]. 模具工程, 2005(7): 33-36.
    [10] 吴永清,刘书桂,张国雄. 智能三坐标测量机检测规划问题的研究综述[J]. 中国机械工程, 2001, 12(7): 828-831.
    [11] 单东日,柯映林,刘云峰. 反求工程中复杂曲面测量规划研究[J]. 中国机械工程, 2003, 14(1): 9-14.
    [12] 丁汉,朱利民,熊振华. 复杂曲面快速测量、建模及基于测量点云的RP和NC加工[J]. 机械工程学报, 2003, 39(11): 28-37.
    [13] 刘荷辉,虞钢. 自由曲面的二维自适应测量及测球半径的三维补偿[J]. 机械工程学报, 2004, 40(2): 117-120.
    [14] 平雪良,周儒荣,党耀国. 未知自由曲面三坐标测量新方法[J]. 机械科学与技术, 2005, 24(4): 491-493.
    [15] Wu Yongqing, Xie Zexiao, Liu Shugui, et al. Coordinate Measuring machine probing accessibility[J]. Chinese Journal Of Mechanical Engineering, 2001, 14(1): 45-50.
    [16] Psang Dain Lin, J H. Dimension inspection of spatial cams by CNC coordinate measuring machine[J]. Journal Of Manufacturing Science And Engineering-Transactions Of The Asme, 2000, 122: 149-157.
    [17] Chen Manyi, Li Bin, D Z. CAD-Directed inspection planning for freeform surface using contanct probes[J]. Chinese Journal Of Mechanical Engineering, 2005, 18(4): 579-581.
    [18] C-y Hwang, C-y Tsai, C A C. Efficient inspection planning for coordinate measuring machines[J]. Int. J. Adv. Manuf. Technol, 2004, 23: 732-742.
    [19] William Wolovich, Hassan Albakri H Y. The precise measurement of freeform surfaces[J]. Journal Of Manufacturing Science And Engineering-Transactions Of The Asme, 2002, 12: 326-331.
    [20] 李春,刘书桂. 三坐标测量机的测头半径补偿与曲面匹配[J]. 仪器仪表学报, 2003, 24(4): 145-147.
    [21] 王红敏,石沛林. 三坐标测量机测头的测球半径补偿误差的计算[J]. 工具技术, 2003, 37(7): 63-65.
    [22] 李蔚,王丽. 蜗轮齿形误差测量中的测头半径补偿[J]. 工具技术, 2004, 38(8): 58-60.
    [23] 郭为忠,王石刚,邹慧君,等. 基于反求技术的摆动从动件空间凸轮CAD[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 1999, 11(2): 159-162.
    [24] 石永刚,徐振华. 凸轮机构设计[M]. 上海: 上海科学出版社, 1995.
    [25] Der-min Tsay, Meng-hung, H. Producing follower motions through their digitized cam coutours[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2003, 2: 98-105.
    [26] Der-min Tsay, Kuo-shu, Tseng H C. A procedure for measuring planar cam profiles and their follower motions[J]. Journal Of Manufacturing Science And Engineering-Transactions Of The Asme, 2006, 128: 697-704.
    [27] 董正平,傅燕鸣. 印刷机械中凸轮机构的反求设计[J]. 机械设计与研究, 2003, 19(4): 72-75.
    [28] 王仪明,赵吉斌. 分纸吸嘴机构反求设计方法[J]. 机械设计, 2005, 22(6): 51-53.
    [29] 方海祥,安琦. 圆头锁眼机针杆复合凸轮的反求设计[J]. 机械设计与研究, 2004, 20(6): 79-81.
    [30] 奚永迪,傅燕鸣. 离合压凸轮机构的运动学分析和反求设计[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2005, 11(6): 579-582.
    [31] 林景凡,张希斌,王玉林,陈亚娟. 凸轮机构反求设计中速度及加速度的计算[J]. 齐齐哈尔大学学报, 2000, 16(1): 59-61.
    [32] 林伟艺. 基于杆组法的平面凸轮机构运动分析及反求系统开发[D]. 福州: 福州大学, 2003.
    [33] 张金萍. 反求工程中重构精度的研究及其在凸轮反求设计中的应用[D]. 昆明: 昆明理工大学, 2002.
    [34] 李春平. 三坐标测量机在烟机零件反求工程中的开发与运用[D]. 重庆: 重庆大学, 2003.
    [35] 葛正浩,徐峰,陈石峰,等. 空间凸轮精密测量及运动规律反求研究[J]. 机械设计与研究, 2007, 23(2): 26-29.
    [36] 贺炜,曹巨江,杨芙莲,等. 我国凸轮机构研究的回顾与展望[J]. 机械工程学报, 2005, 41(1): 1-6.
    [37] 胡秉辰,郝卫国,陈彤,等. 在三坐标机上确定弧面分度凸轮轮廓面起始点的最佳逼近法[J]. 农业机械学报, 1994, 25(增刊): 22-24.
    [38] 胡秉辰,孔庆沂,徐连棠. 弧面分度凸轮机构精度标准体系的探讨[J]. 农业机械学报, 1994, 25(增刊): 13-16.
    [39] 胡秉辰,王夕生,李为,等. 弧面分度凸轮轮廓曲面检测方法的新构思[J]. 机械工程学报, 1992(5): 72-76.
    [40] 杨玉琥,陈飚. 高精密分度机构检测系统[J]. 天津大学学报, 1994(5): 567-571.
    [41] 王海燕,赵汝嘉,刘昌祺. 弧面分度凸轮轮廓的精密测量与误差评定[J]. 计量技术, 1999(6): 9-12.
    [42] 王海燕,赵汝嘉,刘昌祺. 弧面分度凸轮轮廓误差评定的数学模型[J]. 西安交通大学学报, 1999, 33(11): 95-99.
    [43] 王海燕. 弧面分度凸轮集成质量控制系统的研究[D]. 西安: 西安交通大学, 1999.
    [44] 尹明富,褚金奎,吕传毅. 空间凸轮廓面检测的接触点回归法与误差评定的数学解析[J]. 计量学报, 2003, 24(4): 267-270.
    [45] 尹明富,赵镇宏,吕传毅. 空间凸轮廓面检测与误差评定新方法及实验研究[J]. 仪器仪表学报, 2004, 25(4): 456.
    [46] 尚锐,高虹,张波. 圆柱分度凸轮廓面的测量及误差分析[J]. 轻工机械, 2004(2): 67-69.
    [47] 尚锐,孙秀荚,胡秉辰. 空间分度凸轮廓面检测方法研究[J]. 计量技术, 2004(2): 19-22.
    [48] 尚锐,熊晓航,毕艳丽. 圆柱分度凸轮廓面的三坐标机测量[J]. 辽宁工学院学报, 1998(2): 25-27.
    [49] 刘兴富. 凸轮检测应按设计要求选择测头[J]. 计量技术, 2000(1): 26-27.
    [50] 张高峰,杨世平,陈华章,等. 弧面分度凸轮机构的研究与展望[J]. 机械传动, 2003, 27(3): 1-5.
    [51] 刘昌祺,牧野洋,曹西京. 凸轮机构设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.
    [52] 葛正浩. 凸轮连杆机构系统模块化设计及应用研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2001.
    [53] 葛正浩,杨芙莲,彭国勋,等. 凸轮机构通用样条函数运动规律的研究[J]. 机械科学与技术, 2002, 21(5): 783-785.
    [54] 郑晨升,葛正浩,彭国勋. 凸轮机构从动件运动规律的通用表达式[J]. 机械科学与技术, 1996, 15(1): 151-155.
    [55] 葛正浩,冯涛,彭国勋. 可以任意增加局部控制条件的凸轮机构通用多项式运动规律[J]. 机械科学与技术, 1998, 17(6): 986-987.
    [56] Yoon K, R S S. Cam motion synthesisu sing cubic splines[J]. Journal Of Manufacturing Science And Engineering-Transactions Of The Asme, 1993, 115(3): 441-446.
    [57] Guo Weizhong, Z Huijun. Computerized solution of spatial cam surfaces without surface expressions[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2004, 17: 67-71.
    [58] 郭为忠,邹慧君,王石刚,等. 共轭曲面自适应综合的离散解析原理[J]. 机械工程学报, 1999, 35(4): 11-14.
    [59] 王其超,马丽敏,肖正扬. ATC中多头弧面凸轮的数控加工[J]. 组合机床与自动化加工技术, 1993(2): 43-46.
    [60] 王科社,张怀存,杨庆东,等. 加工中心ATC凸轮式与液动式的比较[J]. 组合机床与自动化加工技术, 1995(9): 38-41.
    [61] RL诺顿. 机械设计——机器和机构综合与分析[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003.
    [62] 成大先. 机械设计手册单行本机构[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.
    [63] 管荣法. 凸轮与凸轮机构[M]. 北京: 国防工业出版社, 1993.
    [64] 于云满,张敏. 蜗形凸轮机构[M]. 北京: 机械工业出版社, 1994.
    [65] 王伏林. 数字化齿面展成加工及误差补偿研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2005.
    [66] R Ramesh, M A Mannan, A N P. Error compensation in machine tools——a review Part I: geometric, cutting-force induced and fixture dependent errors[J]. International Journal of Machine Tools & manufacture, 2000, 40: 1235-1256.
    [67] C Lo, C H A method of tool path compensation for repeated machining process[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 1998, 38(3): 205-213.
    [68] H C Lee, G J J. Real-time compensation of two-dimensional contour error in CNC machine[C]. Atlanta. USA: 1999.
    [69] G L Samiel, M S S. Evaluation of sphericity error from coordinate Measurement Data Using computational geometric techniques[J]. Comput. Methods Appl. Engrg, 2001, 190: 6765-6781.
    [70] T Weber, S Motavalli, S Fallahi, et al. A unified approach to form error evaluation[J]. Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology, 2002, 26: 269-278.
    [71] H T Yau, C H M. A unified least-squares approach to the evaluation of geometric errors using discrete measurement data[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 1996, 36(11): 1269-1290.

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