CN112525133A - 法向公差向极半径公差的转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量领域，涉及法向公差向极半径公差的转换方法，1)取零件模型型面中心线上的任一点P；2)将实际型面点Q法向偏置R1，得到理论中心点P；3)按照对应坐标系与模型进行对比测量，得到实际型面测量点Q的法向偏差实际值T2、实际型面测量点Q的位置以及实际型面测量点Q的法向方向向量实际值；计算得实际型面测量点Q的法向方向角α，理论中心点P点的极半径R及角度β；4)理论中心点P点在径向上的偏差T≈T1/cos(θ)＝T1/cos(α‑β)；5)对比测量得到相应数据后进行公式运算得到中心点径向偏差T。本发明能达到提高凸轮型面的测量效率、降低机加等待周期以及降低测量成本。

Description

法向公差向极半径公差的转换方法

技术领域

本发明属于测量领域，涉及一种法向公差向极半径公差的转换方法，尤其涉及一种二维凸轮类零件型面测量中法向公差向极半径公差的转换方法。

背景技术

通用的二维凸轮型面的测量技术，主要是通过高精度三坐标测量机进行。测量中通过特定的滚轮半径测量凸轮型面的中心轨迹的极半径公差。该技术对测量设备精度要求高，受设备闲置，需要具备稳定的温度、湿度等要求，不适用于生产现场，导致凸轮类产品生产效率低，不能满足批量生产需求。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种达到提高凸轮型面的测量效率、降低机加等待周期以及降低测量成本的法向公差向极半径公差的转换方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种法向公差向极半径公差的转换方法，其特征在于：所述法向公差向极半径公差的转换方法包括以下步骤：

1)任取零件型面的数字化测量模型型面中心线上的任一点P，所述点P对应的实际型面测量点Q；所述点P在图纸要求的公差带宽为±T；所述点Q公差带宽为±T2；

2)将实际型面点Q法向偏置R1，得到理论中心点P，所述理论中心点P对应的半径R是设计要求的对应于角度β的半径；

3)利用三坐标测量机按照对应坐标系与模型进行对比测量，得到实际型面测量点Q的法向偏差实际值T2，同时得到实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值；根据实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值计算得实际型面测量点Q的法向方向角α，理论中心点P点的极半径R及角度β；

4)由于实际型面测量点Q存在偏差，由此产生的理论中心点P点在径向上的偏差为：

偏差T≈T1/cos(θ)＝T1/cos(α-β)

因T1＝T2，得：中心径向偏差为：T＝T2/cos(α-β)；

5)对比测量得到相应数据(T2、x、y、i、j，为保证尽量涵盖设计点，对比测量点位间隔应尽量小)后用工具软件进行公式运算得到中心点径向偏差T(设计要求值)。

上述数字化测量模型是二维凸轮零件型面的数字化测量模型。

上述数字化测量模型是利用三维机械设计软件建立二维凸轮零件型面的数字化测量模型。

一种基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：

1)利用三维机械设计软件建立二维凸轮零件型面的数字化测量模型；

2)根据步骤1)建立得到的二维凸轮零件型面的数字化测量模型，计算该模型型面实际测量点位公差；

3)实测二维凸轮类零件的实际表面曲线的轮廓度测量结果。

上述步骤2)的具体实现方式是：

2.1)任取零件型面的数字化测量模型型面中心线上的任一点P，所述点P对应的实际型面测量点Q；所述点P在图纸要求的公差带宽为±T；所述点Q公差带宽为±T2；

2.2)将实际型面点Q法向偏置R1，得到理论中心点P，所述理论中心点P对应的半径R为设计要求的对应于角度β的半径；

2.3)利用三坐标测量机按照对应坐标系与模型进行对比测量，得到实际型面测量点Q的法向偏差实际值T2，同时得到实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值；计算得实际型面测量点Q的法向方向角α，理论中心点P点的极半径R及角度β；

2.4)由于实际型面测量点Q存在偏差，由此产生的理论中心点P点在径向上的偏差为：

偏差T≈T1/cos(θ)＝T1/cos(α-β)

因T1＝T2，得：中心径向偏差为：T＝T2/cos(α-β)；

2.5)对比测量得到相应数据(T2、x、y、i、j，为保证尽量涵盖设计点，对比测量点位间隔应尽量小)后用工具软件进行公式运算得到中心点径向偏差T(设计要求值)。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.3)利用三维机械设计软件，通过导入点的方式生成二维凸轮类零件的型面中心曲线；

1.4)以步骤1.3)生成的二维凸轮类零件的型面中心曲线为基线，以滚子半径为参数，通过扫掠的方式得到型面的实际表面曲线；

1.5)利用步骤1.4)所得到的型面的实际表面曲线及二维凸轮类零件的其他尺寸建立二维凸轮类零件的三维模型。

上述步骤1)的具体实现方式中在步骤1.3)之前还包括：

1.1)按照等圆弧或设计图纸要求的方法对二维凸轮类零件的型面两边终点进行延长，延长度不小于0.5°；

1.2)对延长后的点位按照三次样条或设计图纸要求的方法进行扩充，使每个点间隔不大于0.5°。

上述步骤1.5)中建立三维模型时凸轮实际型面精度设置为不低于0.001。

上述三维机械设计软件是UG或Catia。

本发明的优点是：

本发明提供了一种法向公差向极半径公差的转换方法，本发明通过建立凸轮实体型面极半径公差与中心轨迹法向公差的转换，采用普通三坐标进行凸轮实体型面的法向公差测量，再通过数学运算转换，将凸轮实体型面的法向公差转换为凸轮中心轨迹的极半径公差，以满足设计要求。该过程中，生产现场的普通三坐标即可进行，不需要高精度三坐标。该发明达到提高凸轮型面的测量效率、降低机加等待周期、降低测量成本的目的。本发明是在研究二维凸轮类零件型面的建模及基于轮廓度的数字化测量方法过程中，形成了一套比较完整的基于轮廓度的数字化测量方法，该方法可以推广应用到其它二维曲面的测量中。在生产中，该方法不需要专用测量工装，降低了生产成本。产品二次测量时可用固化过的自动测量程序进行自动测量，提高了生产效率。该测量方法经过4种凸轮的测量验证，与现用的高精度三坐标测量结果一致，满足生产需求。本发明主要应用于二维凸轮型面的建模、测量及工程应用，在发明的研究过程中，涉及三维建模技术、三坐标模型对比数字化测量技术、测量误差转换技术及工程应用技术等相关技术内容。

附图说明

图1是基于本发明所提供的法向公差向极半径公差的转换方法在公差转换计算时的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种法向公差向极半径公差的转换方法，该法向公差向极半径公差的转换方法包括以下步骤：

1)任取零件型面的数字化测量模型型面中心线上的任一点P，点P对应的实际型面测量点Q；点P在图纸要求的公差带宽为±T；点Q公差带宽为±T2；

2)将实际型面点Q法向偏置R1，得到理论中心点P，理论中心点P对应的半径R为设计要求的对应于角度β的半径；

3)利用三坐标测量机按照对应坐标系与模型进行对比测量，得到实际型面测量点Q的法向偏差实际值T2，同时得到实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值；计算得实际型面测量点Q的法向方向角α，理论中心点P点的极半径R及角度β；

4)由于实际型面测量点Q存在偏差，由此产生的理论中心点P点在径向上的偏差为：

偏差T≈T1/cos(θ)＝T1/cos(α-β)

因T1＝T2，得：中心径向偏差为：T＝T2/cos(α-β)；

5)对比测量得到相应数据(T2、x、y、i、j，为保证尽量涵盖设计点，对比测量点位间隔应尽量小)后用工具软件进行公式运算得到中心点径向偏差T(设计要求值)。

与此同时，本发明还提供了一种基于如上所记载的法向公差向极半径公差的转换方法而形成的基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，该方法包括以下步骤：

A)建立二维凸轮零件型面的数字化测量模型

利用三维机械设计软件如：UG、Catia等，建立二维凸轮数字化测量模型。凸轮型面设计图纸要求一般为滚子中心点位，但测量过程中测量的是实际的凸轮型面表面，所以这里需要将测量模型的型面按实际表面建模。同时，设计图纸要求的检验点位较少，不能满足测量模型的要求，需要对检验点位进行处理，以提高测量模型的精度。建模方法如下：

i.按照等圆弧或设计图纸要求的方法对凸轮型面两边终点进行延长(不小于0.5°)；

ii.对延长后的点位按照三次样条或设计图纸要求的方法进行加密，使每个点间隔不大于0.5°；(若设计图纸已经给出加密点位(每个点间隔不大于0.5°)，i、ii的内容可不进行)。

iii.根据加密点位利用三维机械设计软件如：UG、Catia等，通过导入点的方式生成凸轮型面中心曲线。

iv.以生成的凸轮型面中心曲线为基线，以滚子半径为参数，通过扫掠的方式得到型面的实际表面曲线。

v.利用实际曲线及凸轮其它尺寸建立三维模型，其它尺寸应与工序工艺规程一致。建立三维模型时凸轮实际型面精度设置为0.001或更高。

B)测量点位公差的转换的计算方法

设计图要求的凸轮型面点位公差为极半径径向公差，即在相应极角方向的极半径公差。模型数字化测量时，采用的是单点法向偏差，即矢量偏差，符合轮廓度定义。为保证测量准确性和测量精度，并按照设计要求给出极半径径向公差，需要对测量的法向公差进行运算，转换为径向公差。

i.任取型面中心线上的点P，假设图纸要求的公差带宽为±T(图示为﹢T1)；对应实际型面测量点Q，公差带宽为±T2(图示为﹢T2)。

ii.平面凸轮使用过程(滚轮半径)与加工过程(刀具半径)一致，均为型面法向接触，所以滚轮半径R值不产生误差。将实际型面点Q法向偏置R1，得到理论中心点P。理论中心点P对应的半径R为设计要求的对应于角度β的半径。

iii.利用三坐标测量机按照对应坐标系与模型进行对比测量，得到Q点法向偏差实际值T2，同时得到Q点位置(x，y)及法向方向向量(i，j)实际值。计算可得Q点法向方向角α，P点的极半径R及角度β。

Iv.由于实际型面点Q存在偏差，由此产生的中心点P在径向上的偏差为：

偏差T≈T1/cos(θ)＝T1/cos(α-β)

分析有：T1＝T2，得：

中心径向偏差为：T＝T2/cos(α-β)

v.对比测量得到相应数据(T2、x、y、i、j，为保证尽量涵盖设计点，对比测量点位间隔应尽量小)后用工具软件进行公式运算得到中心点径向偏差T(设计要求值)。

C)数字化测量模式

采用脱机编程+联机测量的操作模式，提高测量效率。

i.脱机编程：在零件数字化模型建立后，将数字化模型按设备要求转化为相应格式导入测量设备，并立即投入到脱机编程工作，通过合理设定“起始点”、“方向点”、“终止点”位置以及测量点的密度，在零件加工出之前，做好脱机测量程序的编制以及路径和安全检测工作。可有效节约后期检测周期。

ii.联机测量：使用三坐标测量机导入脱机程序，执行自动测量程序，按计算要求输出曲线轮廓度测量结果。利用已编辑好的软件工具，计算得到中心点径向偏差T，并按检验报告模板生成最终检测报告，含T、最大最小偏差等数据。

iii.对所有经过联机测试的数字化测量程序及输出报告模板进行固化，保证测量结果的不可更改性，提高后续测量效率和测量的安全性、准确性。

以图1所示凸轮测量为例，该凸进行了与工序工艺规程一致的建模，并利用本技术方法进行了对比测量，测量结果与用高精度三坐标测量结果一致，符合要求。

Claims (9)

1.一种法向公差向极半径公差的转换方法，其特征在于：所述法向公差向极半径公差的转换方法包括以下步骤：

1)任取零件型面的数字化测量模型型面中心线上的任一点P，所述点P对应的实际型面测量点Q；所述点P在图纸要求的公差带宽为±T；所述点Q公差带宽为±T2；

2)将实际型面点Q法向偏置R1，得到理论中心点P，所述理论中心点P对应的半径R是设计要求的对应于角度β的半径；

3)利用三坐标测量机按照对应坐标系与模型进行对比测量，得到实际型面测量点Q的法向偏差实际值T2，同时得到实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值；根据实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值计算得实际型面测量点Q的法向方向角α，理论中心点P点的极半径R及角度β；

4)由于实际型面测量点Q存在偏差，由此产生的理论中心点P点在径向上的偏差是：

偏差T≈T1/cos(θ)＝T1/cos(α-β)

因T1＝T2，得理论中心点P点在径向偏差为：T＝T2/cos(α-β)。

2.根据权利要求1所述的法向公差向极半径公差的转换方法，其特征在于：所述数字化测量模型是二维凸轮零件型面的数字化测量模型。

3.根据权利要求2所述的法向公差向极半径公差的转换方法，其特征在于：所述数字化测量模型是利用三维机械设计软件建立二维凸轮零件型面的数字化测量模型。

4.一种基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：

1)利用三维机械设计软件建立二维凸轮零件型面的数字化测量模型；

2)根据步骤1)建立得到的二维凸轮零件型面的数字化测量模型，计算该模型型面实际测量点位公差；

3)实测二维凸轮类零件的实际表面曲线的轮廓度测量结果。

5.根据权利要求4所述的基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：

2.1)任取零件型面的数字化测量模型型面中心线上的任一点P，所述点P对应的实际型面测量点Q；所述点P在图纸要求的公差带宽为±T；所述点Q公差带宽为±T2；

2.2)将实际型面点Q法向偏置R1，得到理论中心点P，所述理论中心点P对应的半径R是设计要求的对应于角度β的半径；

2.3)利用三坐标测量机按照对应坐标系与模型进行对比测量，得到实际型面测量点Q的法向偏差实际值T2，同时得到实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值；根据实际型面测量点Q的位置(x，y)以及实际型面测量点Q的法向方向向量(i，j)实际值计算得实际型面测量点Q的法向方向角α，理论中心点P点的极半径R及角度β；

2.4)由于实际型面测量点Q存在偏差，由此产生的理论中心点P点在径向上的偏差为：

偏差T≈T1/cos(θ)＝T1/cos(α-β)

因T1＝T2，得理论中心点P点在径向偏差为：T＝T2/cos(α-β)。

6.根据权利要求4或5所述的基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：

1.3)利用三维机械设计软件，通过导入点的方式生成二维凸轮类零件的型面中心曲线；

1.4)以步骤1.3)生成的二维凸轮类零件的型面中心曲线为基线，以滚子半径为参数，通过扫掠的方式得到型面的实际表面曲线；

1.5)利用步骤1.4)所得到的型面的实际表面曲线及二维凸轮类零件的其他尺寸建立二维凸轮类零件的三维模型。

7.根据权利要求6所述的基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式中在步骤1.3)之前还包括：

1.1)按照等圆弧或设计图纸要求的方法对二维凸轮类零件的型面两边终点进行延长，延长度不小于0.5°；

1.2)对延长后的点位按照三次样条或设计图纸要求的方法进行扩充，使每个点间隔不大于0.5°。

8.根据权利要求7所述的基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，其特征在于：所述步骤1.5)中建立三维模型时凸轮实际型面精度设置为不低于0.001。

9.根据权利要求8所述的基于实体轮廓的二维凸轮类零件型面数字化加工测量方法，其特征在于：所述三维机械设计软件是UG或Catia。

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