[发明专利]一种零件关键工艺表面的创成式精细化表征方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密零件的数字化设计制造技术领域，具体涉及一种零件关键工艺表面的创成式精细化表征方法。

背景技术

应用数字化设计开发系统，以产品及其零部件的三维模型为对象进行产品结构与性能的分析、工程仿真验证等工作已经成为当代产品开发中的普遍手段。传统上在零部件机械设计及建模时一般采用理想值定义零件的点、线、面等几何特征及其形状、位置尺寸，并辅以关键特征的公差标注以表示其制造技术要求。由于实际零部件制造过程各类因素的影响，会产生制造工艺误差，从而使得实际零部件表面的形貌等与理想条件出现偏差。而这些形貌的偏差对于一些精密零部件（例如精密光学器件等）的实际性能会存在较大的影响，也使得基于零部件名义尺寸模型进行的有关结构、性能方面的计算机辅助工程分析变得不够准确、偏离实际情况。因此，对于一些具有较高技术精度要求的精密机械零部件而言，精确地建模表征制造误差影响下的关键工艺表面的形貌变化，对于开展零部件结构及性能的精细化仿真分析工作有着极其重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种零件关键工艺表面的创成式精细化表征方法，通过零件关键工艺表面的制造公差要求重建其表面特征，具有高效、准确、低成本的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种零件关键工艺表面的创成式精细化表征方法，由一个计算机程序化、可自动执行的表面精细化操作的创成式模板实现，根据用户输入的工程参数，针对零件三维模型中的理想表面生成相应的带制造误差特征的精细化表达实例，具体包括以下步骤：

步骤一：提取关键工艺表面

1.1在CAD平台上载入零件的三维数字化模型；

1.2选取零件上待进行精细化表征的关键工艺表面；

1.3对此表面进行网格划分，网格尺度在5～15mm范围；

1.4读取网格点的三维坐标，定义为表征表面的离散点P_i集合Ω={P_i|[x_i,y_i,z_i]}；

步骤二：基于表面轮廓公差的特征重建

2.1如零件存在轮廓度公差要求，设公差带为P_Zone，则针对点集合内各个点P_i以特征表面在当前点处的法线方向取一个服从正态分布Normal（0，P_Zone/6）的变动量ΔP_i，这个变动量是个矢量，其方向为特征表面在当前点处的法线方向，在三维空间上可以表征为[Δx_i,Δy_i,Δz_i]；

2.2对Ω集合中的各个点P_i进行偏差累加：P_i+ΔP_i，形成新的点集合Ω'；

2.3将Ω'集合中的点插值生成一个样条曲面Ω_surface，就构成了零件名义表面的一个带轮廓误差特征的实例；

步骤三：基于表面粗糙度要求的特征重建

3.1对此Ω_surface表面进行高密度的网格划分，网格尺度在0.5～1.0mm范围；

3.2读取网格点的三维坐标，定义为表征表面的离散点P_Ri集合c_R={P_Ri|[x_i,y_i,z_i]}；

3.3设零件的表面粗糙度指标R_a，则针对点集合内各个点P_Ri以特征表面在当前点处的法线方向取一个服从正态分布Normal（0，μ·R_a）的变动量ΔP_Ri，其中μ为一个基于零件实际工艺水平的调整系数，这个变动量是个矢量，其方向为特征表面在当前点处的法线方向，在三维空间上可以表征为[Δx_i,Δy_i,Δz_i]；

3.4对Ω_R集合中的各个点P_Ri进行偏差累加：P_Ri+ΔP_Ri，形成新的点集合c'_R；