铸件毛坯机加余量的数字化测量分析与工艺补偿

摘要

精确、快速测量铸件的毛坯状态，分析机加余量，并科学地进行工艺余量补偿，对改善工艺流程设计、提高产品质量具有重要的意义。本文基于数字化测量技术和逆向工程学理论，采用先进的光电测量实现了复杂铸件毛坯CAD模型重建，运用余量优化分析技术实现了满足约束条件下的毛坯余量优化分配，应用机床自定位功能获取毛坯在实际加工机床坐标系下的真实姿态完成定位基准的修正，实现工艺补偿。论文研究主要完成了以下工作:
　　(1)对目前有代表性的光电测量技术，包括结构光点云测量技术、标记点摄影测量技术、便携式光笔接触测量技术进行实验对比，得出适合复杂铸造结构件外形测量的方法，实现各向尺寸在1米范围内的毛坯三维测量不确定度≤±0.1mm。
　　(2)基于逆向建模技术实现复杂铸件毛坯CAD模型重建。根据获得的毛坯外形数据，研究重建实际毛坯数模的技术和方法，其中包括测量数据的预处理、结构特征的分割、自由曲面型面的重建、整体结构件CAD模型生成等。在方法研究的基础上，针对具体的实验验证案例，构建出相应毛坯的CAD模型。
　　(3)基于模型对比分析及余量优化分配技术实现满足约束条件下的毛坯余量优化分配。研究余量约束下的测量数据与零件工艺数模之间的对齐优化方法，以及在此基础上的加工余量优化分配技术，开发余量分析软件，给出验证案例的余量分配结果。余量分析软件模块能够定义零件工艺数模与测量数据之间的初始位置，自动完成满足余量约束的毛坯测量数据与零件工艺数模之间的对齐优化，能够进行余量分布的可视化输出和报告输出，余量分析不确定度≤±0.3mm。
　　(4)应用机床自定位功能获取毛坯在实际加工机床坐标系下的真实姿态，完成加工坐标变换。通过软件系统分析并确定铸件上的最优加工定位基准，研究加工定位基准的坐标变换问题，以及毛坯在实际加工机床坐标系下的真实姿态获取技术;研究如何将软件定义的定位基准反馈给五坐标数控加工机床的方法。使得能够在测量数据与零件工艺数模对齐优化的基础上，通过软件自动输出定位基准，并能够根据软件输出的分析结果，合理实现定位基准的实际加工。
　　应用毛坯机加余量分析与工艺补偿方法，对某项典型零件的工艺流程进行综合验证，验证内容包括整个工艺流程，具体包括毛坯测量、数据处理与模型重建、余量分析、基准定位、加工仿真、后置处理、现场加工与加工结果三坐标检测等内容。结果表明:
　　(1)综合应用光电测量技术是解决复杂铸件高精度、全尺寸测量有效方法，应用其测量数据通过预处理重建CAD模型能满足工程精度要求;
　　(2)应用余量优化分析技术能准确实现约束条件下毛坯余量的智能化分配，满足零件特殊结构对加工余量的需求，为工艺补偿提供数据支持;
　　(3)应用机床自定位功能，能较好的获取毛坯在实际加工机床坐标系下的真实姿态，通过适应性加工编程，能提高复杂整体结构件的加工精度和加工效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 毛坯的三维逆向建模技术

1．2．2 加工余量的优化分配技术

1．3 论文研究的主要内容

第2章 复杂铸件毛坯三维数字化测量

2．1 铸件毛坯测量特点分析

2．2 光电测量技术对比研究

2．3 测量方案设计

2．4 典型零件测量的实施

2．5 数据预处理

第3章 复杂铸件毛坯CAD模型重建

3．1 结构特征分割

3．2 曲面的拟合

3．3 CAD模型的生成

第4章 余量分析与优化分配

4．1 余量分析问题的数学原理

4．2 余量分析与优化问题的求解

4．3 余量分析软件开发

4．3．1 余量分析软件功能模块

4．3．2 余量分析软件模块处理流程

4．3．3 余量约束下的数据配准算法

4．4 实例验证

第5章 工艺定位基准及加工方案研究

5．1 定位基准定义

5．2 毛坯辅助定位基准

5．3 辅助定位基准在机床上的定位

5．4 定位基准加工方案

第6章 综合实例验证

6．1 数字化测量

6．2 数据处理与模型重建

6．3 毛坯加工余量分析

6．4 加工基准确定

6．5 加工余量的仿真加工分析

6．5．1 仿真环境中定位基准的确定

6．5．2 加工余量仿真

6．6 实际加工与三坐标检测

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目