復(fù)雜曲面零件精密檢測(cè)與誤差補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、隨著制造業(yè)技術(shù)和裝備的不斷進(jìn)步，對(duì)復(fù)雜零件/產(chǎn)品的精度、效率、質(zhì)量和外觀要求愈來愈高。在復(fù)雜曲面零件的生產(chǎn)過程中，需要用相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)對(duì)其加工精度進(jìn)行檢測(cè)和控制。基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的檢測(cè)技術(shù)常用于精密零件的形位精度檢測(cè)，但具有工件二次裝夾定位誤差問題及大型零件測(cè)量的局限性問題。在數(shù)控機(jī)床上直接進(jìn)行加工精度的在線檢測(cè)，形成“加工-測(cè)量-補(bǔ)償”的閉環(huán)加工檢測(cè)系統(tǒng)，是近年來國(guó)內(nèi)外研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)目前復(fù)雜曲面零件精密在線檢測(cè)

2、中存在的難點(diǎn)問題，深入開展測(cè)點(diǎn)規(guī)劃、檢測(cè)數(shù)據(jù)的誤差補(bǔ)償、加工誤差分解和補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)研究，以期通過在線檢測(cè)與原位補(bǔ)償加工，提高曲面零件的加工精度。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)深入調(diào)研復(fù)雜曲面零件精密檢測(cè)技術(shù)和誤差補(bǔ)償方法的研究現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)方法以及誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行綜述分析，并指出該領(lǐng)域仍然存在的難點(diǎn)問題。
　　(2)在曲面零件的測(cè)點(diǎn)規(guī)劃上，針對(duì)三角網(wǎng)格模型存在的數(shù)據(jù)冗余及三角面片間的獨(dú)立性問題，建

3、立三角面片之間的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)整個(gè)模型的拓?fù)渲亟?提出直接求交法和中點(diǎn)偏移拋物線法的截面線生成法，逼近原曲面模型，并通過非均勻B樣條反求算法，生成按曲率變化分布的測(cè)量點(diǎn)。
　　(3)分析影響接觸式檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)精度的各項(xiàng)因素及其誤差補(bǔ)償方法。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的主要誤差來源如機(jī)床幾何誤差、測(cè)頭預(yù)行程誤差和測(cè)頭半徑誤差進(jìn)行分析研究，在對(duì)數(shù)控機(jī)床的幾何誤差進(jìn)行分析和建模的基礎(chǔ)上，通過激光干涉儀進(jìn)行三軸數(shù)控機(jī)床的單項(xiàng)誤差測(cè)量和補(bǔ)償;針對(duì)測(cè)頭測(cè)量過

4、程中的預(yù)行程誤差，提出基于徑向基函數(shù)(RBF)的預(yù)行程誤差預(yù)測(cè)方法，獲得測(cè)頭預(yù)行程誤差分布圖，并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)行程誤差的補(bǔ)償;提出改進(jìn)的三角網(wǎng)格模型的頂點(diǎn)法矢計(jì)算方法，進(jìn)行三維測(cè)頭的半徑補(bǔ)償。
　　(4)針對(duì)曲面零件的加工精度檢測(cè)結(jié)果及誤差情況，提出基于零件加工精度的原位補(bǔ)償加工方法，以補(bǔ)償曲面零件的加工誤差，提高曲面零件一次定位加工精度。為此，在曲面檢測(cè)數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，提出基于空間統(tǒng)計(jì)分析方法的加工誤差分解方法，構(gòu)造基于B

5、樣條曲面的確定性曲面和回歸分析模型，通過空間獨(dú)立性分析，進(jìn)行加工過程的系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差分析，進(jìn)而對(duì)分離出的系統(tǒng)誤差進(jìn)行數(shù)控代碼補(bǔ)償和原位補(bǔ)償加工，大幅提高曲面的加工精度。
　　(5)針對(duì)原位補(bǔ)償加工過程中誤差大小和分布的不同，提出加工誤差的局域自適應(yīng)補(bǔ)償加工方法，以提高曲面零件的補(bǔ)償加工效率。通過局部區(qū)域誤差補(bǔ)償加工中的區(qū)域邊界確定、刀位點(diǎn)判斷和局域刀具路徑生成等關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)局域誤差的原位補(bǔ)償加工。
　　(6)在上述

6、研究的基礎(chǔ)上，采用VC++6.0軟件開發(fā)平臺(tái)和OpenGL三維圖形接口，開發(fā)一套面向復(fù)雜曲面零件加工精度在線檢測(cè)與原位誤差補(bǔ)償加工的集成化系統(tǒng)，并通過一系列曲面零件的數(shù)控加工、在線檢測(cè)及原位補(bǔ)償?shù)冗^程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證本文所提出的各類算法和檢測(cè)系統(tǒng)的有效性。實(shí)驗(yàn)中，采用標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)精度的驗(yàn)證，同時(shí)通過若干自由曲面零件的加工、測(cè)量、原位補(bǔ)償加工過程，對(duì)零件的加工精度進(jìn)行誤差補(bǔ)償前后的驗(yàn)證，并最終與CMM的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證本論文所