空间凸轮精密测量及数字化逆向工程关键技术的研究

空间凸轮精密测量及数字化逆向工程关键技术的研究摘要本文以空间凸轮为研究对象，从工程实际出发，以三坐标测量机和计算机运动仿真技术为工具，对空间凸轮的精密测量方法、从动件的运动规律反求方法及廓面误差检测方法进行了较深入的理论分析和实验研究。对空间凸轮机构及其运动规律进行了分析和研究。介绍了空间凸轮机构的常用类型、空间凸轮轮廓设计、压力角简化算法及常用运动规律。为空间凸轮的精密测量、从动件运动规律反求及误差检测研究奠定了基础。重点研究了空间凸轮的精密测量问题。提出了一种空间凸轮快速、精密测量方法及测球半径补偿方法，系统地论述了该测量方法的原理，给出了测球半径补偿的数学表达式，并基于WinMeil平台编制了可实现实时测球半补偿的空间凸轮专用测量程序。解决了空间凸轮快速、精密测量的难题，为空间凸轮机构从动件运动规律的反求及轮廓误差检测奠定了基础。详细探讨了空间凸轮机构从动件运动规律反求问题。提出了一种基于计算机运动仿真的运动规律反求方法，并详细探讨了该方法的理论基础，推导出了从动件运动规律的数学表达式。计算机仿真技术的高效性与精确性保证了本方法能够实现空间凸轮机构从动件运动规律的快速、准确反求。该方法的提出为空间凸轮机构从动件运动规律的反求设计提供了新思路，同时也为其它机构的正向与逆向设计指明了新方向与新方法。系统分析了空间凸轮轮廓误差检测问题。以空间凸轮的精密测量为基础，提出了一种简单实用的空问凸轮轮廓误差检测方法，并讨论了数据匹配问题。最后，以此作为理论基础，采用Visualc++6．0作为开发工具，编制_『空间凸轮轮廓面加工误差检测软件。基于上述空间凸轮精密测量方法、运动规律反求方法及轮廓面误差检测方法的研究结论，分别进行了实验验证及分析。实验结果表明，上述方法正确可行。证明了本文所提出的理论及方法的正确性，具有重要的理论意义和实际应用价值。关键词：空间凸轮，精密测量，运动仿真，运动规律，反求设计，误差检测RESEARCHoNTHEKEYTECHNIQUESFoREXACTMEASUREMENTANDDIGITALREVERSENGINEERINGoFSPATIALCAMSABSTRACTFocusingonthespatialcams，thedissertation，startingwiththepracticaprocessing，analyzesandexperimentsresearchtheprecisionmeasuremenforspatialcams，thereversedesignoffollowermotionspecificationsandcontouerrorinspectionofspatialcamsdeeplybycoordinatemeasuremachineandemulation．Thespatialcammechanismsandtheirmotionspeciationareanalyzedandstudiedintensively．Thecommonlyusedspatialearnmechanisms，thedesignofspatialcamcontours，thesimplifiedalgorithmofpressureangleandcommonusedmotionspeciationarepresented．Thegroundworkisestablishedforthestudyoftheprecisionmeasurementforspatialcams，thereversedesignoffollowermotionspecificationsandtheerrorinspectionofspatialcams．Theexactmeasurementmethodforspatialcamsisstudiedintensivelkindofexactmeasurementmethodforspatialcamsandprobe-radcompensationmethodarepresentedinthiSdissertation，andtheprincipleofthismeasurementmethodisdiscussedindetail．Aspecifiedmeasureprograthatcanrealizereal--timeprobe·-radiuscompensationisalsoprogrammeviaWinMeil．Thegroundworkisestablishedforthereversedesignoffollowemotionspecificationforspatialcammechanismsandtheerrorinspectionofspatialcams，andthemeasurepuzzleforspatialcamsisalsosolved．Thereversedesignoffollowermotionspecificationforspatialcammechanismsisstudiedindetail．Anewkindofreversedesignmethodforspatialcainfollowermotionspecificationviamotionsimulationisprovided．theoreticalfoundationisdiscussedindetail，andtheexpressionofthefollowemotionspecificationiscalculated．ThehighefficiencyandexactofemulatitechnologyensuresthatthismethodCanrealizereversedesignofspatialcamfollowermotionspecificationsrapidlynewtrainofthoughtforthereverseandaccurately．Thismethodprovidesadesignofspatialcamfollowermotiospecifications，andpointsoutnewdirectionsandmethodsofdesignandreversdesignforothermechanismsinthesametime．Thecontourerrorinspectionofspatialcamsisstudiedsystematicasimpleandappliederrorinspectionmethodforspatialcamsisprovidedbasedontheexactmeasurementofspatialcams，andthedatamatingisalsostudied．1ast，onthebaseofthis，anerrorinspectionprogramforspatialcamsisprogrammedusingVisualC++6．0．Basedontheachievementoftheexactmeasurementofspatialcams，threversemethodofmotionspecificationsandthecontourerrorinspectioofspatialcams，eachexperimentandanalysisaredone．nleresultsshowthatthistechnologyiscorrectandfeasible．Thereby,thetheoryandmethodsproposedinthisdissertationarecorrectandhaveimportanttheoreticalandactualvalue．KEYWORDS：Spatialcams，Exactmeasurement，Motionemulation，Mspecification，Reversedesign，ErrorinspectionIII空间凸轮精密测量及数字化逆向_T程关键技术的研究原创性声明及关于学位论文使用授权的声明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：雄醯日期：2QQ2生左旦关于学位论文使用授权的声明本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文储执雄鼻导师虢垄堕日期咽掌生幽空间凸轮精密测量及数字化逆向T程关键技术的研究1绪论1．1选题背景及意义随着科学技术的高度发展，科技成果的应用已成为推动生产力发展和社会进步的重要手段，各国都在吸收别国的科技成就并加以消化与创新，发展自己的新技术。其中，技术引进是吸收国外先进技术、促进民族经济高速增长的重要战略措施。但要取得最佳技术成果和经济效益，不仅要积极从国外引进先进的技术和装备，而且还要善于对引进的技术进行深入地研究、消化和创新，在此基础上开发出合乎我国国情的先进产品，形成自己的技术体系，这样才能进一步促进国民经济的迅速发展。吸收消化先进技术的一系列方法和应用技术的组合被称为逆向工程。逆向工程(ReverseEngineering，RE)，也称反求工程，它是以实物(产品)、软件、图纸、程技术文件、影像(图片、照片)作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识(测量学、信号自动处理)进行系统深入地分析、研究、探索并掌握其关键技术，进而快捷地开发出同类更为先进产品的技术Il’趴。在应用逆向工程技术上，日本很具有典型性p】。1950年日本国民生产总值为英国的1／29、法国的1／38，经济上落后于欧美先进国家二三十年，但在后来的30余年中却以惊人的速度一跃成为仅次于美国的世界第二经济强国。其经济的高速发展是与善于引进先进技术和进行逆向工程研究分不开的。1945～1970年，引进国外先进技术(80％为专利、图纸)投资60亿美元(自行研制则需1800～2000亿美元)，然后投资150亿美元行吸收、消化、改造和国产化，取得约26000项技术成果。成功的技术引进使日本节省了约2／3的研究时间和9／10的研究经费。由于当前世界各工业发达国家的经济状况不景气，而中国地大物博、人口众多，具有丰富的人力资源和自然资源，因此世界制造中心将可能由日本转移到中国【“。这势必要求我国在当前和未来的相当一段时侧内继续扩大对国际先进技术的引进。自力更生是基本国策，引进应该是通过消化、吸收，能达到跟踪、创新、自行生产的目的。目前，国内许多企业引进的国外先进技术中，自动机械占有很大的比重。由于空间凸轮机构兼有传动、导向及控制机构的各种功能，当作为传动机构时，它可以产生复杂的运动规律，以满足各种机械对运动规律的要求：当作为导向机构时，它能产生复杂的运动轨迹；当作为控制机构时，它可以控制执行机构的自动工作循环，因而被广泛地应用于各种自动和半自动机械【5一，而且是其中的一项关键技术。因此，在引进国际先进设备中，空间凸轮机构作为各种自动和半自动机械的关键技术之一，有必要从机理上吸收、消化和掌握其先进设计方法和理念，达到改进和创新设计的目的。空『日J凸轮机构的优良特性在世界各国受到了越来越多的重视和应用。然而，我国空陕两科技大学硕十学位论文问凸轮机构的设计和制造水平与美国、日本、德国和台湾等国家和地区相比还有一定差距，尤其在制造方面，国外也只是集中在少数的几家公司和科研机构中，而