论文题目: 开放式数控刻楦机及鞋楦CAD/CAM关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化工过程机械
作者: 李小雷
导师: 童水光,金涛
关键词: 鞋楦,开放式,数控系统,刻楦机,小波变换,误差,运动控制
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着CAD/CAM技术在鞋楦制造业中的广泛应用,鞋楦的生产方式得到了极大的改变,鞋楦生产周期大大缩短,生产效率也有了很大提高。鞋楦数字化仿形加工作为一种有效的生产方式,它适应了鞋楦品种多、制造周期短的现代鞋楦生产的需要,是当前制楦业提高鞋楦生产效率的良好选择。 本文紧密结合浙江省2002年重大科技攻关项目“鞋楦CAD/CAM系统开发及数控刻楦机研制”,对鞋楦加工设备及其实现方法进行了应用性研究,在国内首次提出面向集成的新一代鞋楦数字化加工解决方案,构建了一个集测量、造型、加工于一体的应用系统,论文主要研究内容如下: 1.根据鞋楦加工特点,面向集成构建了以通用的激光三维扫描仪为测量工具,以开放式刻楦机数控系统进行控制,以先进的刻楦机机床本体为加工基础,以鞋楦CAD/CAM系统为核心的新一代鞋楦数字化加工解决方案。 2.利用激光三维扫描仪对样楦进行测量,基于小波变换对测量数据进行平滑和降噪处理,得到真实感较强的样楦测量数据,从而形成鞋楦数控加工模型。根据鞋楦数控加工原理,基于投影原理进行刀位轨迹计算,并进行精度评价,提出了误差控制策略。为检验鞋楦NC程序的正确性,应用虚拟切削法进行NC仿真验证。 3.以系统误差分析为理论依据,完成数控刻楦机总体设计;应用有限元技术的现代设计方法对系统重要零部件进行分析研究,从而确保了样机开发一次成功。 4.结合现代开放式的数控系统的设计理念,以通用的工业控制机为支撑平台,以国产GT400-SV多轴运动控制卡为运动控制核心,以∑—Ⅱ系列交流伺服电机作为驱动元件,构建了鞋楦的数控加工硬件平台。开发了面向鞋楦数控加工模型的鞋楦数控系统。 文中围绕鞋楦产品,提出了从数字化测量到加工一体化解决方案:首先是基于通用激光三维扫描仪完成对样楦测试,再通过软件得到数控加工刀轨数据,最后利用专门的数字化加工设备进行加工。是对现有专门的鞋楦测量设备的一次革命,大大降低鞋楦数控加工的硬件成本。系统的成功开发,对提高我国鞋楦数字化加工技术水平具有一定的现实意义。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 制楦业的现状及发展趋势
1．2．1 传统鞋楦加工方式
1．2．2 现代数控鞋楦加工装备
1．2．3 制楦业的发展趋势
1．3 复杂曲面的几何反求技术
1．3．1 曲面的数字化测量技术
1．3．2 测量数据处理技术
1．3．3 CAD模型重建技术
1．4 多坐标数控加工刀具轨迹生成技术
1．4．1 基于CAD模型的刀具轨迹生成技术
1．4．2 数控加工刀具轨迹的验证方法
1．5 开放式数控系统研究现状
1．5．1 开放式数控的实现途径
1．5．2 基于PC的开放式数控现有体系结构
1．5．3 国外开放式数控平台
1．5．4 国内研究现状
1．6 数控刻楦机结构设计中的现代设计方法
1．6．1 机床误差建模和精度综合
1．6．2 机床静力学和动力学研究
1．7 论文的选题意义和主要研究内容
1．7．1 选题意义
1．7．2 主要研究内容
第二章 面向集成的新一代鞋楦数字化加工解决方案
2．1 引言
2．2 鞋楦的数字化仿形加工
2．2．1 鞋楦加工原理
2．2．2 鞋楦加工工艺分析
2．3 面向集成的数字化鞋楦加工系统解决方案
2．3．1 鞋楦的三维数据测量系统
2．3．2 刻楦机开放式数控系统
2．3．2．1 刻楦机数控系统硬件
2．3．2．2 刻楦机数控系统软件
2．3．3 数控刻楦机构成
2．3．3．1 数控系统
2．3．3．2 伺服系统
2．3．3．3 电气控制系统
2．3．3．4 机床本体
2．3．4 集成的鞋楦CAD／CAM系统构成
2．3．4．1 鞋楦CAD模块
2．3．4．2 鞋楦CAM模块
2．3．4．3 NC仿真
2．4 小结
第三章 基于激光扫描仪的鞋楦CAD模型的建立
3．1 引言
3．2 基于激光扫描仪鞋楦测量点数据获取
3．2．1 LPX-250三维实体激光扫描仪简介
3．2．2 光学三角法测量原理
3．2．3 测量路径规划及数据的获取
3．3 鞋楦CAD模型的建立
3．3．1 基于小波变换鞋楦测量点数据点列的光滑
3．3．2 鞋楦截面曲线的构建
3．3．2．1 横截面曲线的构建
3．3．2．2 纵截面曲线的构建
3．3．3 鞋楦CAD模型的建立
3．4 鞋楦CAD模型的误差分析及控制策略
3．5 小结
第四章 基于鞋楦CAD模型的数控编程及虚拟仿真
4．1 引言
4．2 鞋楦数控加工刀具轨迹的生成
4．2．1 刀具模型的数学表达
4．2．2 步长和行距
4．2．3 刀位轨迹的计算
4．3 鞋楦数控加工虚拟仿真
4．3．1 鞋楦毛坯模型的建立
4．3．2 刀具模型的建立
4．3．3 数控刻楦机模型的建立
4．3．4 鞋楦加工的虚拟仿真
4．4 小结
第五章 数控刻楦机结构设计和误差分析
5．1 引言
5．2 数控刻楦机的结构方案设计
5．2．1 数控刻楦机主要性能指标
5．2．2 机械系统结构要求及特点
5．2．3 动力参数的确定
5．2．3．1 切削电机功率的确定
5．2．3．2 伺服电机功率的确定
5．2．4 结构总体布局
5．3 主要结构零部件设计及CAD造型
5．3．1 X向运动系统
5．3．1．1 X向滚珠丝杠副
5．3．1．2 X向导轨
5．3．1．3 X向部件CAD造型
5．3．2 Z向运动系统
5．3．2．1 Z向滚珠丝杠副
5．3．2．2 Z向导轨设计
5．3．2．3 Z向部件CAD造型
5．3．3 C向运动系统
5．3．4 刀具系统
5．3．5 夹具系统
5．3．5．1 夹紧力的计算
5．3．5．2 夹具系统CAD造型
5．3．6 液压平衡系统
5．4 数控刻楦机的误差分析和精度综合
5．4．1 基于多刚体系统的刻楦机空间误差建模
5．4．1．1 系统的拓扑系统及运动结构模型
5．4．1．2 系统误差模型建立
5．4．2 刻楦机空间误差分布规律及灵敏度分析
5．4．2．1 刻楦机空间误差分布规律
5．4．2．2 误差灵敏度分析
5．4．3 精度综合
5．4．3．1 误差随机量的抽样
5．4．3．2 蒙特卡洛数值模拟
5．5 数控刻楦机的虚拟装配和动力学仿真
5．5．1 模型的装配
5．5．2 运动分析
5．6 小结
第六章 数控刻楦机主要结构有限元分析
6．1 引言
6．2 数控刻楦机整体的静力学分析
6．2．1 有限元模型的建立
6．2．2 载荷与约束条件的选择
6．2．2．1 外载荷的确定
6．2．2．2 约束条件的选择
6．2．3 静力有限元计算与结果分析
6．2．3．1 底座计算结果
6．2．3．2 龙门立柱计算结果
6．2．3．3 X向工作台计算结果
6．2．3．4 Z向工作台计算结果
6．2．4 静力学计算结果分析
6．3 数控刻楦机整体的动力学分析
6．3．1 组合结构结合面动力学参数分析
6．3．1．1 组合结构固定结合面动态参数计算
6．3．1．2 动态灵敏度
6．3．1．3 组合结构动力有限元模型建立
6．3．2 基于BP神经网络的结构灵敏度分析
6．3．2．1 BP神经网络结构灵敏度分析
6．3．2．2 基于参数化特征建模技术的组合结构实体模型
6．3．2．3 用神经网络方法计算固有频率对结构参数的灵敏度
6．4 高速切削刀具系统固有特性和动态响应分析
6．4．1 高速切削刀具系统有限元模型的建立
6．4．2 刀具系统固有特性和振型分析
6．4．3 刀具系统动态响应计算
6．4．3．1 动态响应计算方法
6．4．3．2 切削力激励模拟
6．4．3．3 动态响应分析
6．5 小结
第七章 刻楦机开放式数控系统设计
7．1 刻楦机开放式数控系统
7．1．1 开放式数控系统设计思想
7．1．2 刻楦机开放式数控系统设计要求
7．1．3 基于PC的开发式数控系统设计
7．2 数控系统概要设计
7．2．1 数控系统功能模块的划分
7．2．2 数控系统功能模块的组成
7．3 数控系统详细设计
7．3．1 软件工作机理
7．3．2 编程环境的选择
7．3．3 系统主要功能模块的设计
7．3．3．1 智能化的参数设置模块
7．3．3．2 G代码编辑与编译模块
7．3．3．3 加工运行模块
7．3．3．4 状态显示模块
7．3．3．5 可扩展模块
7．4 小结
第八章 总结与展望
8．1 总结
8．2 特色与创新
8．3 展望
参考文献
作者攻读博士学位期间发表学术论文和参加科研情况
致谢
发布时间: 2006-05-10
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