零件的幾何偏差對(duì)產(chǎn)品的功能有著很大的影響,因此必須對(duì)其進(jìn)行分析和控制。新一代GPS(產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范)中提出的膚面模型代表了含有幾何偏差的非理想模型的一部分,從而發(fā)展成為了一種新的計(jì)算機(jī)輔助公差方法。目前,對(duì)膚面模型構(gòu)建技術(shù)的相關(guān)研究并不完善,較少的考慮加工方式、工藝系統(tǒng)(載荷、溫度)等對(duì)零件表面性能的影響,使其不能全面地指導(dǎo)公差設(shè)計(jì)。另外,在公差分析方面,大多只針對(duì)尺寸公差,沒有反映零件間配合特征上的形狀、位置等幾何公差信息,使得公差分析結(jié)果不準(zhǔn)確。針對(duì)上述問題,本文圍繞著基于GPS的膚面模型構(gòu)建和公差分析相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究:(1)研究了基于GPS的膚面模型構(gòu)建技術(shù)。首先基于新一代GPS操作技術(shù)和隨機(jī)過程理論,提出了一種能夠表征零件微觀形貌特征的膚面模型構(gòu)建方法,模擬生成了具有不同自相關(guān)函數(shù)特征的三維隨機(jī)高斯表面;然后利用Johnson轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究了三維非高斯表面的模擬方法,模擬生成了不同加工方式的產(chǎn)品表面形貌誤差特征模型;最后,基于CAD/CAE集成技術(shù)和逆向工程技術(shù)構(gòu)建了平面類和圓柱類典型膚面模型實(shí)例。(2)研究了考慮加工方式的膚面模型構(gòu)建及評(píng)估技術(shù)。利用齊次坐標(biāo)變換原理,建立了銑刀與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡方程,在MATLAB軟件中構(gòu)建了不同切削參數(shù)下的產(chǎn)品膚面模型。研究了膚面模型的評(píng)估技術(shù),提出了一種利用投影變換的平面度誤差評(píng)定方法,該方法不需要采用優(yōu)化算法即可實(shí)現(xiàn)平面度誤差的最小區(qū)域評(píng)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法通用性強(qiáng)且具有較高精度。(3)研究了基于雅克比旋量模型的公差分析技術(shù)。利用SDT理論,建立了不同公差帶形狀的數(shù)學(xué)模型。考慮幾何偏差以及特征矢量間約束,對(duì)雅克比旋量模型進(jìn)行了修正。以機(jī)床尾座和兩個(gè)方塊的簡單裝配體為例,對(duì)比了極值法和蒙特卡羅法算法的結(jié)果,驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性和可靠性。(4)研究了考慮加工工藝系統(tǒng)的膚面模型構(gòu)建問題,重點(diǎn)解決了在受力變形和受熱變形的影響下,車削外圓、縱磨外圓、橫磨外圓、縱磨內(nèi)孔、橫磨內(nèi)孔等典型加工工藝的產(chǎn)品膚面模型構(gòu)建問題。在上述研究的基礎(chǔ)上,利用MATLAB GUI平臺(tái)研制了產(chǎn)品膚面模型仿真系統(tǒng),并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TG801;TH161
【部分圖文】：

論文總體框架圖

2 基于 GPS 的膚面模型構(gòu)建技術(shù)研究設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者基于功能要求對(duì)實(shí)際工件表面進(jìn)行模擬得到的范表面模型）包含了特征要素的最大偏差，主要用于指導(dǎo)公差設(shè)測量認(rèn)證階段，通過對(duì)實(shí)際工件表面采樣而獲得點(diǎn)集合的膚面模證表面模型），可用來確定實(shí)際工件的誤差，將實(shí)際工件的膚面模的膚面模型進(jìn)行對(duì)比，從而確定該工件是否滿足功能要求。

步驟一：初始設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員使用 CAD 軟件設(shè)計(jì)零件公稱表面模型記為 A，該模型總共有n個(gè)面，則每個(gè)面記為 A(i 1,2...n)i 。步驟二：提取操作，離散化公稱表面模型 A,使其成為具有有限個(gè)離散點(diǎn)的表面模型B 。則每個(gè)面 A(i 1,2...n)i 離散為 B(i 1,2...n)i 。其中iB 為i面的離散點(diǎn)的坐標(biāo)矩陣，若該面離散之后的點(diǎn)有iiM N個(gè)，則該矩陣記為()iiiMNB 。步驟三：分離操作，分離該零件的裝配關(guān)鍵特征面，將其記為jB 。求jB 面中每個(gè)點(diǎn)的法向量，并得到每個(gè)點(diǎn)的法向量坐標(biāo)值，總共得到MN 個(gè)法向量，則該面的法向量矩陣jN ，包含 M N個(gè)元素。步驟四：分析裝配關(guān)鍵特征面jB ，模擬特征面包含的微觀形貌特征信息離散點(diǎn)（詳見 2.4、2.5 章節(jié)），得到變動(dòng)特征面（非理想離散表面）j B ，j B為包含 M N個(gè)元素的矩陣。步驟五：將變動(dòng)特征面j B與裝配關(guān)鍵特征面jB 疊加為非理想特征面jj B。用jj B把B 中關(guān)鍵特征面替換，得到零件的非理想離散模型'B。步驟六：重構(gòu)操作，利用曲面重構(gòu)技術(shù)將零件的非理想離散模型'B 擬合成零件膚面模型（非理想連續(xù)模型）C 。
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本文編號(hào)：2855141