结合面误差实体建模方法及装置与流程

本发明涉及几何特征仿真建模技术领域，尤其涉及一种结合面误差实体建模方法及装置。

背景技术：

机床加工精度的稳定性是评价机床品质优劣的核心衡量标准，特别是对于机床的立柱、底座以及床身等关键部件来说，容易引起这些关键部件振动因素较多，且这些关键部件的振动很容易影响到机床的加工精度，造成加工精度不稳定，从而引出机床加工结合面几何特征误差。

尤其是这些关键部件的实际配合区属于点接触结合面，其接触点的分布情况以及接触点数量成为装配精度稳定性的关键。但是长期以来，机床的优化设计计算模型都属于光滑面接触和近似规则接触面，与实际结合面的特性存在较大差距，从而造成机床优化设计和性能分析的不准确，进而使得机床优化设计和预测分析存在以下问题：

(1)所建立的结合面模型基于理想方法和近似假设方法，得到的结合面模型与实际几何面特征模型差距较大，存在较大的结合面几何特征误差。

(2)由于所建立的结合面模型与实际几何面特征模型之间结合面几何特征误差的存在，使得在进行评估机床加工精度稳定性时，严重影响机床精度稳定性的评估结果，造成分析结果不准确。

(3)由于所建立的结合面模型与实际几何面特征模型之间结合面几何特征误差的存在，还会使得结合面引起的装备刚性无法准确计算，很难实现高精度机床的结构稳定性优化设计和精度变动的性能评估。

因此，急需一种能够真实表达实际结合面几何特征误差的建模方法，来实现机床结构优化设计和装配特性预测的准确计算与分析。

技术实现要素：

针对背景技术中现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种结合面误差实体建模方法及装置。

第一方面，本发明提供的一种结合面误差实体建模方法，该方法包括：

基于机床结构中结合面的几何特征误差点建立所述结合面的几何特征误差曲面；

基于所述几何特征误差曲面以及理想实体模型，建立所述结合面的几何特征误差模型，其中，所述理想实体模型为计算机构建的无所述几何特征误差点的机床结构模型。

第二方面，本发明提供的一种结合面误差实体建模装置，该装置包括：

曲面构建模块，用于基于实体结合面的几何特征误差点建立所述实体结合面的几何特征误差曲面；

误差模型生成模块，用于基于所述几何特征误差曲面以及理想实体模型，建立所述实体结合面的几何特征误差模型，其中，所述理想实体模型为计算机构建的与实体结构相同的理想模型。

本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法及装置，采用机床结构中实际应用的部件结合面的几何特征误差点，构建能够真实反映结合面特征误差特性的几何特征误差曲面，并通过该几何特征误差曲面结合计算机构建的理想实体模型，建立该结合面的几何特征误差模型，方法简单、使用方便，得到的几何特征误差模型真实反映实际部件与计算机构建的理想实体模型之间的结合面特征误差情况，为机床结构优化设计以及装配特性预测的准确计算与分析提供依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在进行机床优化设计和机床部件装配特性预测分析时，需要基于机床结构结合面的真实特性进行设计和分析。但由于长期以来，机床的优化设计计算模型都属于光滑面接触和近似规则接触面，与实际结合面的特性存在较大差距，从而造成所建立的几何特征结合面模型与实际几何面特征模型差距较大，存在较大的结合面几何特征误差，使得在进行评估机床加工精度稳定性、计算装备刚性时存在数据误差，评估结果和计算结果不准确，从而影响机床结构优化设计以及装配特性预测的准确计算与分析。

为了实现机床结构优化设计以及装配特性预测的准确计算与分析，本发明实施例提供了一种结合面误差实体建模方法，图1为本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤10、基于机床结构中结合面的几何特征误差点建立结合面的几何特征误差曲面；

步骤11、基于几何特征误差曲面以及理想实体模型，建立结合面的几何特征误差模型，其中，理想实体模型为计算机构建的无几何特征误差点的机床结构模型。

具体地，上述本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法具体为首先根据机床结构中实际用到的部件结合面的几何特征误差点建立结合面的几何特征误差曲面，该几何特征误差曲面真实反映结合面特征误差特性；然后根据该几何特征误差曲面与计算机构建的无几何特征误差点的机床结构模型即计算机构建的理想实体模型，建立结合面的几何特征误差模型，其中，计算机构建的理想实体模型与机床结构中实际用到的部件结构相同；获得的几何特征误差模型能够真实反映机床结构中实际用到的部件与计算机构建的理想实体模型之间的结合面特征误差情况。

本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法，采用机床结构中实际应用的部件结合面的几何特征误差点，构建能够真实反映结合面特征误差特性的几何特征误差曲面，并通过该几何特征误差曲面结合计算机构建的理想实体模型，建立该结合面的几何特征误差模型，方法简单、使用方便，得到的几何特征误差模型真实反映实际部件与计算机构建的理想实体模型之间的结合面特征误差情况，为机床结构优化设计以及装配特性预测的准确计算与分析提供依据。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法，在基于实体结合面的几何特征误差点建立实体结合面的几何特征误差曲面前，还包括：

获取分布于整个实体结合面的几何特征误差点，并从几何特征误差点中均匀选择若干点作为样本点。即本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法，在用几何特征误差点构建几何特征误差曲面之前，获取分布于整个实体结合面的几何特征误差点，并选取均匀分布于整个实体结合面的若干几何特征误差点作为样本点，进行构建几何特征误差曲面，使得得到的几何特征误差曲面能够真实反映结合面特征误差特性，其中，几何特征误差点可通过三坐标测量机对机床结构中实际部件直接测量获得。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法中的基于实体结合面的几何特征误差点建立实体结合面的几何特征误差曲面，具体为：

连接每相邻的两个几何特征误差点，形成若干几何特征误差曲线；

平滑优化几何特征误差曲线，获得几何特征误差曲面。即在获得结合面的几何特征误差点后，连接每相邻的两个几何特征误差点，形成若干几何特征误差曲线，其中，可将获得结合面的几何特征误差点进行云图显示，并通过数值插值，增加合适的几何特征误差点，并依次连接每相邻的两个几何特征误差点，从而形成若干几何特征误差曲线；对所有几何特征误差曲线进行平滑优化处理，得到几何特征误差曲面。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法中的基于几何特征误差曲面以及理想实体模型，建立实体结合面的几何特征误差模型，具体为：

基于理想实体模型的表面尺寸特征，沿垂直于曲面方向拉伸几何特征误差曲面，形成与表面尺寸特征相吻合连接的几何特征误差模型。即在建立几何特征误差曲面后，通过该几何特征误差曲面建立几何特征误差模型时，由于理想实体模型为计算机构建的无几何特征误差点的机床结构模型，其结构与实际部件结构相同，只是理想实体模型的结合面为没有几何特征误差的平滑面，而几何特征误差曲面是由分布于整个机床结构部件结合面的几何特征误差点构建而成，其真实反映整个部件结合面的几何特征误差特性，其尺寸与部件表面尺寸一致。因此，建立的几何特征误差曲面的尺寸与理想实体模型的表面尺寸也是一致的。根据需要，沿垂直于曲面方向拉伸几何特征误差曲面，获得与理想实体模型相吻合连接的几何特征误差模型，该几何特征误差模型能够真实反映机床结构中实际部件与计算机构建的理想实体模型之间的结合面特征误差情况，为机床结构优化设计以及装配特性预测的准确计算与分析提供依据。其中，如果根据需要，获得的几何特征误差曲面不需要拉伸形成几何特征误差模型，也可以不进行拉伸。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法，在建立结合面的几何特征误差模型后还包括：

基于最大几何特征误差点接触原则，将几何特征误差模型与理想实体模型进行结合面相互接触对准装配，获得实际实体模型。即建立几何特征误差模型后，将该几何特征误差模型与理想实体模型的结合面相互接触，进行对准装配，使得最大几何特征误差点先接触，其中，结合面进行相互接触对准时，最先接触的点即为最大几何特征误差点。从而实现几何特征误差模型与理想实体模型的对准装配，然后可通过计算机模型构建中的缝合技术，实现几何特征误差模型与理想实体模型的融合性对准连接，从而获得实际实体模型。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模方法，还包括：

根据几何特征误差模型，分析装配后获得的实际实体模型的结合面应力场分布特征。即在完成几何特征误差模型与理想实体模型的装配后，对获得的实际实体模型的结合面应力场分布特征进行分析，以获取误差特征对系统的影响。

本发明实施例还提供了一种结合面误差实体建模装置，图2为本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置结构示意图，如图2所示，该装置包括曲面构建模块21和误差模型生成模块22，其中：

曲面构建模块21用于基于实体结合面的几何特征误差点建立实体结合面的几何特征误差曲面；误差模型生成模块22用于基于几何特征误差曲面以及理想实体模型，建立实体结合面的几何特征误差模型，其中，理想实体模型为计算机构建的与实体结构相同的理想模型。

具体地，上述本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置包括曲面构建模块21和误差模型生成模块22，首先曲面构建模块21根据机床结构中实际用到的部件结合面的几何特征误差点建立结合面的几何特征误差曲面，该几何特征误差曲面真实反映结合面特征误差特性；然后误差模型生成模块22根据该几何特征误差曲面与计算机构建的无几何特征误差点的机床结构模型即计算机构建的理想实体模型，建立结合面的几何特征误差模型，其中，计算机构建的理想实体模型与机床结构中实际用到的部件结构相同；获得的几何特征误差模型能够真实反映机床结构中实际用到的部件与计算机构建的理想实体模型之间的结合面特征误差情况。

本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置，采用机床结构中实际应用的部件结合面的几何特征误差点，构建能够真实反映结合面特征误差特性的几何特征误差曲面，并通过该几何特征误差曲面结合计算机构建的理想实体模型，建立该结合面的几何特征误差模型，方法简单、使用方便，得到的几何特征误差模型真实反映实际部件与计算机构建的理想实体模型之间的结合面特征误差情况，为机床结构优化设计以及装配特性预测的准确计算与分析提供依据。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置，如图2所示，还包括：

读取模块23，用于获取分布于整个实体结合面的几何特征误差点，并从几何特征误差点中均匀选择若干点作为样本点。即本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置还包括读取模块23，该读取装置用于在构建几何特征误差曲面之前，获取分布于整个实体结合面的几何特征误差点，并选取均匀分布于整个实体结合面的若干几何特征误差点作为样本点，进行构建几何特征误差曲面，使得构建的几何特征误差曲面能够真实反映结合面特征误差特性。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置中的曲面构建模块21，用于基于结合面的几何特征误差点建立结合面的几何特征误差曲面，具体为：

曲面构建模块21，用于连接每相邻的两个几何特征误差点，形成若干几何特征误差曲线，并平滑优化几何特征误差曲线获得几何特征误差曲面。即读取模块23在获得结合面的几何特征误差点后，曲面构建模块21进行构建几何特征误差曲面。曲面构建模块21连接每相邻的两个几何特征误差点，形成若干几何特征误差曲线，其中，曲面构建模块21可将获得结合面的几何特征误差点进行云图显示，并通过数值插值，增加合适的几何特征误差点，并依次连接每相邻的两个几何特征误差点，从而形成若干几何特征误差曲线；对所有几何特征误差曲线进行平滑优化处理，得到几何特征误差曲面。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的结合面误差实体建模装置中误差模型生成模块22，用于基于几何特征误差曲面以及理想实体模型，建立实体结合面的几何特征误差模型，具体为：

误差模型生成模块22，用于基于理想实体模型的表面尺寸特征，沿垂直于曲面方向拉伸几何特征误差曲面，形成与表面尺寸特征相吻合连接的几何特征误差模型。即在建立几何特征误差曲面后，通过该几何特征误差曲面建立几何特征误差模型时，由于理想实体模型为计算机构建的无几何特征误差点的机床结构模型，其结构与实际部件结构相同，只是理想实体模型的结合面为没有几何特征误差的平滑面，而几何特征误差曲面是由分布于整个部件结合面的几何特征误差点构建而成，其真实反映整个部件结合面的几何特征误差特性，其尺寸与部件表面尺寸一致。因此，建立的几何特征误差曲面的尺寸与理想实体模型的表面尺寸也是一致的。根据需要，误差模型生成模块22沿垂直于曲面方向拉伸几何特征误差曲面，获得与理想实体模型相吻合连接的几何特征误差模型，该几何特征误差模型能够真实反映实际部件与计算机构建的理想实体模型之间的结合面特征误差情况，为机床结构优化设计以及装配特性预测的准确计算与分析提供依据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。