自生長造型、自基準(zhǔn)測量與自引導(dǎo)加工方法的研究.pdf

1、本文以自組織為出發(fā)點(diǎn)，對曲線的造型、測量與加工進(jìn)行了研究，提出了自生長造型、自基準(zhǔn)測量與自引導(dǎo)加工三個概念，研究了相關(guān)的技術(shù)。對自基準(zhǔn)測量與自引導(dǎo)加工進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)。
　　 本文分析了幾種主要的曲線曲面造型方法，參照生物細(xì)胞的分裂與個體發(fā)育過程，以含弧長、曲率、撓率等信息的數(shù)據(jù)單元構(gòu)造曲線、曲面的基本元胞，通過設(shè)計(jì)元胞的生長規(guī)則實(shí)現(xiàn)自由曲線的造型。提取了拋物線、Corun-Euler曲線、阿基米德螺線、分形曲線、螺旋線

2、等曲線的元胞及其生長規(guī)則，對它們的自生長造型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并通過設(shè)計(jì)元胞的生長規(guī)則生成了一些具有特色的平面曲線與空間曲線。
　　 如何從已知曲線/曲面中提取元胞及其生長規(guī)則，這是自生長造型的正問題；如何設(shè)計(jì)與控制元胞的生長規(guī)則來生成曲線/曲面，這是自生長造型的逆問題。研究正問題是為了加工的需要，這在自引導(dǎo)加工中有所體現(xiàn)；研究逆問題是為了造型的需要，這在自基準(zhǔn)測量中有所應(yīng)用。
　　 分析了現(xiàn)階段幾何測量的方法，首次提出了

3、一種自基準(zhǔn)的測量方法，以被測對象已經(jīng)測出的部分作為繼續(xù)測量的基準(zhǔn)，從而可以用小尺寸的量儀測量大尺寸的工件。設(shè)計(jì)了3種自基準(zhǔn)測量的實(shí)現(xiàn)方案：疊加式自基準(zhǔn)測量、滾輪前置式自基準(zhǔn)測量與測頭前置式自基準(zhǔn)測量。針對疊加式測量進(jìn)行了多次仿真實(shí)驗(yàn)，肯定了方法的可行性。研制了滾輪前置式自基準(zhǔn)測量的裝置，利用該裝置對圓、橢圓、凸輪與冰刀弧進(jìn)行了測量，并重構(gòu)出形狀，實(shí)現(xiàn)了自基準(zhǔn)測量的構(gòu)想。
　　 目前數(shù)控系統(tǒng)的軌跡控制方法都是基于坐標(biāo)，而不是基于幾

4、何形狀，在它們的控制回路中沒有零件的幾何形狀模型。因此本文提出了自引導(dǎo)加工的概念，它將工件的實(shí)際輪廓與指令輪廓相匹配，用已加工出的部分引導(dǎo)下一步的加工，它是基于幾何形狀的直接反饋。本文就連續(xù)小直線段與圓弧的自引導(dǎo)加工分別給出了相應(yīng)的算法，研究了自引導(dǎo)加工中的輪廓匹配與誤差預(yù)估，并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)。
　　 本文將自引導(dǎo)加工方法初步應(yīng)用于實(shí)際加工。對于波浪曲面形狀試件與山丘形狀試件的加工軌跡，用連續(xù)小直線段來表達(dá)時(shí)，分別需128

5、212段與184954段，是G0連續(xù)；而用圓弧元胞來表達(dá)時(shí)，分別需15838段與21669段，是G1連續(xù)，更重要的是圓弧元胞含有加減速控制所需要的曲率與弧長信息。在實(shí)際加工中，用連續(xù)小直線段方式加工時(shí)，兩試件的平均加工速度分別為10.83mm/s與11.35mm/s，表面粗糙度Ra值分別為1.93um與1.86um；而用圓弧元胞來表達(dá)加工軌跡時(shí)，兩試件的平均加工速度分別為39.01mm/s與40.12mm/s，表面粗糙度Ra值分別為1.