[發明專利]一種零件關鍵工藝表面的創成式精細化表征方法

有效

• 申請號: 201410062520.5
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103810343A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 王輝;熊召;袁曉東;曹庭分;劉長春;徐旭;倪衛
• 申請（專利權）人: 清華大學;中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及精密零件的數字化設計制造技術領域，具體涉及一種零件關鍵工藝表面的創成式精細化表征方法。

背景技術

應用數字化設計開發系統，以產品及其零部件的三維模型為對象進行產品結構與性能的分析、工程仿真驗證等工作已經成為當代產品開發中的普遍手段。傳統上在零部件機械設計及建模時一般采用理想值定義零件的點、線、面等幾何特征及其形狀、位置尺寸，并輔以關鍵特征的公差標注以表示其制造技術要求。由于實際零部件制造過程各類因素的影響，會產生制造工藝誤差，從而使得實際零部件表面的形貌等與理想條件出現偏差。而這些形貌的偏差對于一些精密零部件（例如精密光學器件等）的實際性能會存在較大的影響，也使得基于零部件名義尺寸模型進行的有關結構、性能方面的計算機輔助工程分析變得不夠準確、偏離實際情況。因此，對于一些具有較高技術精度要求的精密機械零部件而言，精確地建模表征制造誤差影響下的關鍵工藝表面的形貌變化，對于開展零部件結構及性能的精細化仿真分析工作有著極其重要的意義。

發明內容

為了克服現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種零件關鍵工藝表面的創成式精細化表征方法，通過零件關鍵工藝表面的制造公差要求重建其表面特征，具有高效、準確、低成本的優點。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種零件關鍵工藝表面的創成式精細化表征方法，由一個計算機程序化、可自動執行的表面精細化操作的創成式模板實現，根據用戶輸入的工程參數，針對零件三維模型中的理想表面生成相應的帶制造誤差特征的精細化表達實例，具體包括以下步驟：

步驟一：提取關鍵工藝表面

1.1在CAD平臺上載入零件的三維數字化模型；

1.2選取零件上待進行精細化表征的關鍵工藝表面；

1.3對此表面進行網格劃分，網格尺度在5～15mm范圍；

1.4讀取網格點的三維坐標，定義為表征表面的離散點P_i集合Ω={P_i|[x_i,y_i,z_i]}；

步驟二：基于表面輪廓公差的特征重建

2.1如零件存在輪廓度公差要求，設公差帶為P_Zone，則針對點集合內各個點P_i以特征表面在當前點處的法線方向取一個服從正態分布Normal（0，P_Zone/6）的變動量ΔP_i，這個變動量是個矢量，其方向為特征表面在當前點處的法線方向，在三維空間上可以表征為[Δx_i,Δy_i,Δz_i]；

2.2對Ω集合中的各個點P_i進行偏差累加：P_i+ΔP_i，形成新的點集合Ω'；

2.3將Ω'集合中的點插值生成一個樣條曲面Ω_surface，就構成了零件名義表面的一個帶輪廓誤差特征的實例；

步驟三：基于表面粗糙度要求的特征重建

3.1對此Ω_surface表面進行高密度的網格劃分，網格尺度在0.5～1.0mm范圍；

3.2讀取網格點的三維坐標，定義為表征表面的離散點P_Ri集合c_R={P_Ri|[x_i,y_i,z_i]}；

3.3設零件的表面粗糙度指標R_a，則針對點集合內各個點P_Ri以特征表面在當前點處的法線方向取一個服從正態分布Normal（0，μ·R_a）的變動量ΔP_Ri，其中μ為一個基于零件實際工藝水平的調整系數，這個變動量是個矢量，其方向為特征表面在當前點處的法線方向，在三維空間上可以表征為[Δx_i,Δy_i,Δz_i]；

3.4對Ω_R集合中的各個點P_Ri進行偏差累加：P_Ri+ΔP_Ri，形成新的點集合c'_R；