【摘要】：螺旋面作為復(fù)雜型面的代表,它在設(shè)計與加工方面的研究,長期以來基本是以數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)為基礎(chǔ)進行的。尤其是螺旋面加工刀具的設(shè)計,公式推導(dǎo)復(fù)雜,計算難度較大,雖然已有CAD技術(shù)應(yīng)用于螺旋面的研究,但是主要針對的是加工過程的定性仿真,沒有發(fā)揮CAD技術(shù)在數(shù)值提取方面的優(yōu)勢。針對這一現(xiàn)狀,本論文在深入研究傳統(tǒng)設(shè)計理論和設(shè)計方法的基礎(chǔ)上,充分利用計算機在數(shù)值計算、實體造型和繪圖方面的優(yōu)勢,提出了新的加工螺旋面用成形刀具廓形CAD方法,以及刀具廓形數(shù)據(jù)提取、曲線擬合和誤差評定方法,并對其中的關(guān)鍵理論及相關(guān)技術(shù)問題進行了較為全面深入地研究。 本文在研究螺旋面的基本生成和加工機理的基礎(chǔ)上,采用SOLIDWOEK軟件,對以螺旋面端截形為依據(jù)來生成螺旋面加工刀具廓形的可行性進行了系統(tǒng)分析；提出了三種加工螺旋面用成形刀具廓形的CAD方法：布爾運算法、薄片法和半徑法,并詳細描述了采用每種方法得到刀具廓形的實現(xiàn)原理；基于CAD軟件提供的API函數(shù),提出了兩種數(shù)據(jù)提取方法——點數(shù)據(jù)法和曲線數(shù)據(jù)法,并用SketchPoints方式、SketchSegments子對象方式和Curve曲線方式三種方式實現(xiàn)了點數(shù)據(jù)法,并對這三種方式進行了比較；基于均勻B樣條曲線擬合和非均勻B樣條曲線擬合原理,擬合生成了完整的刀具截型曲線；為了對所得到的刀具截型數(shù)據(jù)進行評估,以刀具截型的公式計算結(jié)果為依據(jù),結(jié)合擬合曲線法向誤差求解的兩種方法——解方程法和分段求解法,提出了基于GPS誤差評定理論為基礎(chǔ)的刀具截型誤差評定方法。同時,本文在SolidWorks 2007平臺上完成了整體系統(tǒng)軟件的編制。 為了驗證本論文中所提出的各種算法及其相關(guān)方法的可行性和準(zhǔn)確性,以螺桿泵公轉(zhuǎn)子加工刀具的生成過程為實例,完成了各種CAD方法的刀具截型生成過程及所得結(jié)果的誤差評定。結(jié)果表明布爾運算法在運行時間和運算結(jié)果方面均不適于生產(chǎn)實際要求,可應(yīng)用于定性的CAD仿真觀察。薄片法和半徑法均取得了很好的刀具截型結(jié)果。理論分析和實驗結(jié)果表明,采用CAD方法來完成螺旋面加工刀具的設(shè)計過程是完全可行的。本論文的完成不僅可以使現(xiàn)場的工程技術(shù)人員擺脫了復(fù)雜公式推導(dǎo)的困擾,也為復(fù)雜型面的加工提供了新的思路和可行的方法。
[Abstract]:As the representative of complex surface, the study of helical surface in design and machining has been based on the derivation of mathematical formula for a long time. Especially for the design of helical surface machining tool, the formula derivation is complicated and the calculation is difficult. Although CAD technology has been applied to the study of helical surface, it is mainly aimed at the qualitative simulation of machining process. The advantage of CAD in numerical extraction is not given play to. In view of this situation, this paper makes full use of the advantages of computer in numerical calculation, solid modeling and drawing on the basis of deep research on traditional design theory and design method. A new CAD method for forming tool profile for helical surface machining is proposed, as well as methods for extracting tool profile data, curve fitting and error evaluation. The key theories and related technical problems are studied thoroughly and thoroughly. On the basis of studying the basic generation and machining mechanism of helical surface, the feasibility of generating cutting tool profile of helical face is analyzed systematically by SOLIDWOEK software. In this paper, three CAD methods for machining the profile of forming tool for helical surface are presented: Boolean method, thin slice method and radius method, and the principle of obtaining tool profile by each method is described in detail. Based on the API function provided by CAD software, two data extraction methods, point data method and curve data method, are proposed. The point data method is realized by SketchPoints method, SketchSegments subobject method and Curve curve mode. The three methods are compared. Based on the principle of uniform B-spline curve fitting and non-uniform B-spline curve fitting, the complete cutting curve is generated. In order to evaluate the cutting data obtained, based on the calculation results of the cutter truncation formula and combining the two methods of solving the normal error of the fitting curve, the equation method and the piecewise solution method are used. Based on the theory of GPS error evaluation, the method of tool truncation error evaluation is presented. At the same time, the whole system software is programmed on SolidWorks 2007 platform. In order to verify the feasibility and accuracy of various algorithms and related methods proposed in this paper, the generating process of cutting tools for screw pump public rotors is taken as an example. The cutting profile generation process of various CAD methods and the error evaluation of the obtained results have been completed. The results show that the Boolean operation method is not suitable for practical production in terms of running time and operation results. It can be applied to qualitative CAD simulation observation. Both the thin slice method and the radius method have obtained good cutting results. The theoretical analysis and experimental results show that it is feasible to use CAD method to complete the design process of helical surface machining tool. The completion of this paper can not only make the engineers and technicians in the field get rid of the complicated formula derivation, but also provide a new way of thinking and feasible method for the processing of complex surface.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH164

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本文編號：2343646