[发明专利]一种基于STL文件的精密机床计算机辅助公差分析方法

说明书

本发明公开了一种基于STL文件的精密机床计算机辅助公差分析方法，包括以下步骤：1)对任意串联结构的精密机床，提取其STL文件中顶点坐标值，判断重合面，得到精密机床基础大件之间的相对位置关系、连接关系和关键特征面的法向量，并设定装配顺序；2)在关键特征面上建立坐标系，生成误差传递链，实现装配过程中的误差传递与累积的数学描述；3)结合误差传递链并考虑实际生产过程中的零件加工误差及实际装配过程中的测量与调整环节，预测整机装配完成后的几何精度。本发明针对精密机床公差分析问题，研究了机床装配过程的误差传递与积累，其装配完成后的整机精度综合考虑了实际装配过程中的测量与调整环节，可有效帮助工程师进行精度预测。

技术领域

本发明属于精密机床公差分析、误差状态最优估计技术领域，具体涉及一种基于STL文件的精密机床计算机辅助公差分析方法。

背景技术

STL文件格式非常简单，应用广泛，是计算机图形学处理,数字几何处理,数字几何工业应用支持的最常见文件格式。机床精度性能是机床设计的基本指标，是通过设计、制造、装配综合保障的。然而现有的机床公差分析方法严重依赖工程师经验，且有精度不足或精度过剩的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有机床公差分析中依赖工程师经验、以及精度不足与精度过剩的问题，提供了一种基于STL文件的精密机床计算机辅助公差分析方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于STL文件的精密机床计算机辅助公差分析方法，包括以下步骤：

1)对任意串联结构的精密机床，提取其STL文件中顶点坐标值，判断重合面，得到精密机床基础大件之间的相对位置关系、连接关系和关键特征面的法向量，并设定装配顺序；

2)在关键特征面上建立坐标系，生成误差传递链，实现装配过程中的误差传递与累积的数学描述；

3)结合误差传递链并考虑实际生产过程中的零件加工误差及实际装配过程中的测量与调整环节，预测整机装配完成后的几何精度。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，根据STL文件中的几何点信息，提取其STL文件中顶点坐标值，得到任意两个平面的方程分别为：

A₁x+B₁x+C₁x+D₁＝0与A₂x+B₂x+C₂x+D₂＝0

若则判断两平面重合，即得到精密机床基础大件之间的连接关系；若两平面平行；若A₁：B₁：C₁≠A₂：B₂：C₂，两平面相交，由此得到基础大件的相对位置关系。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，设定装配顺序时，基础大件或子装配体的装配顺序对测量有影响，即影响调整量的计算，从而影响装配完成后的整机精度。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，在关键特征面上建立坐标系，生成误差传递链，具体方法如下：

201)将基础大件上对机床装配精度有直接影响的运动轴、主轴和工件安装面定义为关键特征面；

202)关键特征面上任意一点作为坐标原点，任意一条线作为基准线，根据原点、基准线与该面的法向量在各个关键特征面上建立空间直角坐标系，有且仅有一个基础坐标系，作为误差传递链的基准，其余为局部坐标系；

203)由坐标系Oi到坐标系Oj包含平移旋转的变换矩阵为：