CN114770229A - 轴承套圈夹具曲面设计方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供了一种轴承套圈夹具曲面设计方法、装置及存储介质，其中，方法包括：根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线；根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面；根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲面确定与所述被加工试件的外表面相适应的数学模型；根据所述数学模型求出相对应的目标函数，从而计算得到与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具曲面的最优解。

Description

轴承套圈夹具曲面设计方法、装置及存储介质

技术领域

本文件涉及计算机技术领域，尤其涉及一种轴承套圈夹具曲面设计方法、装置及存储介质。

背景技术

现有的超声强化研磨机只能加工像圆柱滚子轴承这样两边对称便于装夹的轴承，像圆锥滚子轴承或者其他不规则不便于装夹的轴承都无法加工，而像圆锥滚子轴承或者其他不规则的轴承在现实中也具有重要的研究意义，也需要去强化研磨来研究其性质以提高其表面性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承套圈夹具曲面设计方法、装置及存储介质，旨在解决现有技术中的上述问题。

本发明提供一种轴承套圈夹具曲面设计方法，包括：

根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线；

根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面；

根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲面确定与所述被加工试件的外表面相适应的数学模型；

根据所述数学模型求出相对应的目标函数，从而计算得到与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具曲面的最优解。

本发明提供一种轴承套圈夹具曲面设计装置，包括：

第一确定模块，用于根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线；

第二确定模块，用于根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面；

第三确定模块，用于根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲面确定与所述被加工试件的外表面相适应的数学模型；

求解模块，用于根据所述数学模型求出相对应的目标函数，从而计算得到与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具曲面的最优解。

本发明实施例还提供一种轴承套圈夹具曲面设计装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述轴承套圈夹具曲面设计方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述轴承套圈夹具曲面设计方法的步骤。

采用本发明实施例，可以加工像圆锥滚子轴承或者其他多种重要的不规则的轴承，为研究除了圆柱滚子轴承之外的其他轴承提供了实验方法。

附图说明

为了解决现有中超声强化研磨机只能加工圆柱滚子轴承的这个巨大问题，本发明实施例的技术方案基于B样条曲面智能形成多种与被相应的被加工试件(轴承)相配合的轴承套圈夹具，从而可以加工像圆锥滚子轴承或者其他多种重要的不规则的轴承，为研究除了圆柱滚子轴承之外的其他轴承提供了实验方法。

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的轴承套圈夹具曲面设计方法的流程图；

图2是本发明实施例的轴承套圈夹具的示意图1；

图3是本发明实施例的轴承套圈夹具的示意图2；

图4是本发明装置实施例一的轴承套圈夹具曲面设计装置的示意图；

图5是本发明装置实施例二的轴承套圈夹具曲面设计装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种轴承套圈夹具曲面设计方法，图1是本发明实施例的轴承套圈夹具曲面设计方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的轴承套圈夹具曲面设计方法具体包括：

步骤101，根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线；步骤101具体包括：根据公式1、公式2和公式3，通过控制顶点坐标d_i、曲线的次数k以及基函数N_i,k()确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线：

其中，i为节点序号，i＝0，1...n，di为控制顶点的坐标，N_i，k(u)为基函数，基函数是由节点矢量U的非递减参数u的序列u₀≤u₁≤...≤u_n+k+1所决定的k次分段多项式，k是基函数的次数，共有n+1个控制顶点，节点是在节点矢量U中取得，控制顶点则是坐标点，决定B样条的控制多边形。

步骤102，根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面；步骤102具体包括：

给定(m+1)×(n+1)个控制顶点d_i，j(i＝0，1，…，m；j＝0，1，…，n)构成控制网格，给定参数u和v的次数k与l，确定u向和v向的节点矢量U＝[u₀，u₁，…，u_m+k+1]， V＝[v₀，v₁，…，v_n+l+1]；

根据公式4确定k×1次张量积的B样条曲面方程：

其中，u_k≤u≤u_m+1，v_l≤v≤v_n+1，B样条基N_i，k(u)(i＝0，1，…，m)与 N_j，l(v)(f＝0，1，…，n)分别由节点矢量U和V按公式2计算；

沿一个u向或v向的参数方向，计算出该方向由控制顶点确定的B样条曲线，将沿u向计算得到的B样条曲线上的点作为新的控制顶点，得到张量网格沿v向计算，得到的曲线为B样条曲面上的曲线，最后沿v向的二次均匀B 样条曲线构成一张二次均匀B样条曲面。

步骤103，根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲面确定与所述被加工试件的外表面相适应的数学模型；

步骤104，根据所述数学模型求出相对应的目标函数，从而计算得到与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具曲面的最优解。

最后，在本发明实施例中，可以根据所述最优解，将所述被加工件投射到三维空间，采用电火花或者数控铣的加工方法作出与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具。

本发明实施例基于B样条曲面智能设计出一种与被加工试件(轴承)相配合的轴承套圈夹具，确保使强化研磨机可以实现高效的去加工除了圆柱滚子轴承之外的像圆锥滚子轴承或者其他重要的不规则轴承。

如图2和图3所示，1表示圆锥滚子轴承，2表示轴承套圈夹具，3表示超声变幅工具头。若被加工试件为圆锥滚子轴承，首先会根据要被加工的圆锥滚子轴承的外表面建立一个合适的数学模型，具体包括：

由公式1可知，通过电脑程序控制顶点坐标d_i、曲线的次数k以及基函数 N_i,k()，就完全确定了B样条曲线：

其中基函数N_i,k()由Cox-deBoor公式递推计算出；Cox-deBoor公式即公式2具体为：

其中，i为节点序号，k是基函数的次数，共有n+1个控制顶点。节点是在节点矢量U中取得，控制顶点则是坐标点，决定B样条的控制多边形；而公式1是根据B样条曲线的定义公式3，曲线上任一点坐标值是参数变量u的函数，用矩阵形式表示的；其中公式3具体为：

其中，di(i＝0,1...n)为控制顶点(坐标)，N_i,k(i＝0,1...n)为k次规范B样条基函数，最高次数是k。基函数是由一个称为节点矢量的非递减参数u的序列U： u₀≤u₁≤...≤u_n+k+1所决定的k次分段多项式；B样条的基函数通常采用Cox-deBoor 递推公式，即公式2。到此已完全确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线。

然后进一步再确定其B样条曲面。具体包括如下处理：确定一张k×1次张量积B样条曲面需要三个信息：1、给定(m+1)×(n+1)个控制顶点 d_i，j(i＝0，1，…，m；j＝0，1，…，n)构成控制网格；2、给定参数u和v的次数k与l；3、u 向和v向的节点矢量U＝[u₀，u₁，…，u_m+k+1]，V＝[v₀，v₁，…，v_n+l+1]。定义的k×1次张量积B样条曲面其方程为：

其中，u_k≤u≤u_m+1，v_l≤v≤v_n+1，B样条基N_i，k(u)(i＝0，1，…，m)与 N_j，l(v)(f＝0，1，…，n)分别由节点矢量U和V按Cox-deBoor递推公式2计算。

给定曲面的控制顶点并确定次数后，还需要根据不同类型的B样条曲面沿参数方向的节点矢量才能完全定义一张B样条曲面。要计算B样条曲面上的顶点坐标，首先沿一个参数方向如u向或v向，计算出该方向由控制顶点确定的B样条曲线，之后将沿u向计算得到的B样条曲线上的点作为新的控制顶点，得到张量网格沿v向计算，得到的曲线就是B样条曲面上的曲线，最后沿 v向的二次均匀B样条曲线构成了一张二次均匀B样条曲面，从而根据B样条曲面确定其数学模型，进一步再根据其数学模型求出相对应的目标函数，从而算出最优的解，然后根据其最优的解作出一个如图2中的标号2所示的与被加工件(轴承)相配合的轴承套圈夹具。图3所加工的圆柱滚子轴承所需的夹紧装置亦可通过例如图2的方法完成。此方法可以智能地加工多种与相应被加工试件(轴承)相对应的轴承套圈夹具。

通过本发明实施例的上述方法，可以智能地加工出多种与相应被加工试件 (轴承)相对应的轴承套圈夹具，此轴承套圈夹具确保超声强化研磨机的喷料百分之一百地覆盖被加工的试件，可以提高多种材料的实验准确性。

综上所述，本发明实施例可以根据被加工试件基于B样条曲面智能地设计出一种与其相配合的轴承套圈夹具，使超声强化研磨机可以百分之一百覆盖的去加工多种除了圆柱滚子轴承之外像圆锥滚子轴承之类的其他重要的轴承。通过此方法可以智能地加工多种与被加工工件(轴承)相对应的轴承套圈夹具。

系统实施例一

根据本发明实施例，提供了一种轴承套圈夹具曲面设计装置，图4是本发明实施例的轴承套圈夹具曲面设计装置的示意图，如图4所示，根据本发明实施例的轴承套圈夹具曲面设计装置具体包括：

第一确定模块40，用于根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B 样条曲线；第一确定模块40具体用于：

根据公式1、公式2和公式3，通过控制顶点坐标dj、曲线的次数k以及基函数Ni，k(u)确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线：

其中，i为节点序号，i＝0，1...n，d_i为控制顶点的坐标，N_i，k(u)为基函数，基函数是由节点矢量U的非递减参数u的序列u₀≤u₁≤...≤u_n+k+1所决定的k次分段多项式，k是基函数的次数，共有n+1个控制顶点，节点是在节点矢量U中取得，控制顶点则是坐标点，决定B样条的控制多边形。

第二确定模块42，用于根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面；第二确定模块42具体用于：

给定(m+1)×(n+1)个控制顶点d_i，j(i＝0，1，…，m；j＝0，1，…，n)构成控制网格，给定参数u和v的次数k与1，确定u向和v向的节点矢量U＝[u₀，u₁，…，u_m+k+1]， V＝[v₀，v₁，…，v_n+l+1]；

根据公式4确定k×1次张量积的B样条曲面方程：

其中，u_k≤u≤u_m+1，v_l≤v≤v_n+1，B样条基N_i，k(u)(i＝0，1，…，m)与 N_j，i(v)(f＝0，1，…，n)分别由节点矢量U和V按公式2计算；

沿一个u向或v向的参数方向，计算出该方向由控制顶点确定的B样条曲线，将沿u向计算得到的B样条曲线上的点作为新的控制顶点，得到张量网格沿v向计算，得到的曲线为B样条曲面上的曲线，最后沿v向的二次均匀B 样条曲线构成一张二次均匀B样条曲面。

第三确定模块44，用于根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲面确定与所述被加工试件的外表面相适应的数学模型；

求解模块46，用于根据所述数学模型求出相对应的目标函数，从而计算得到与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具曲面的最优解。

优选地，上述装置进一步包括：

制作模块，用于根据所述最优解，将所述被加工件投射到三维空间，采用电火花或者数控铣的加工方法作出与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具。

本发明实施例是与上述方法实施例对应的装置实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。

装置实施例二

本发明实施例提供一种轴承套圈夹具曲面设计装置，如图5所示，包括：存储器50、处理器52及存储在所述存储器50上并可在所述处理52上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器52执行时实现如方法实施例中所述的步骤。

装置实施例三

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器52执行时实现如方法实施例中所述的步骤。

本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种轴承套圈夹具曲面设计方法，其特征在于，包括：

根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线；

根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面；

根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲面确定与所述被加工试件的外表面相适应的数学模型；

根据所述数学模型求出相对应的目标函数，从而计算得到与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具曲面的最优解。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线具体包括：

根据公式1、公式2和公式3，通过控制顶点坐标d_i、曲线的次数k以及基函数N_i,k(u)确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线：

其中，i为节点序号，i＝0,1...n，d_i为控制顶点的坐标，N_i,k(u)为基函数，基函数是由节点矢量U的非递减参数u的序列u₀≤u₁≤...≤u_n+k+1所决定的k次分段多项式，k是基函数的次数，共有n+1个控制顶点，节点是在节点矢量U中取得，控制顶点则是坐标点，决定B样条的控制多边形。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面具体包括：

给定(m+1)×(n+1)个控制顶点d_i，j(i＝0，1，…，m；j＝0，1，…，n)构成控制网格，给定参数u和v的次数k与l，确定u向和v向的节点矢量U＝[u₀，u₀，…，u_m+k+1]，V＝[v₀，v₁，…，v_n+l+1]；

根据公式4确定k×l次张量积的B样条曲面方程：

其中，u_k≤u≤u_m+1，v_l≤v≤v_n+1，B样条基N_i，k(u)(i＝0，1，…，m)与N_j，l(v)(f＝0，1，…，n)分别由节点矢量U和V按公式2计算；

沿一个u向或v向的参数方向，计算出该方向由控制顶点确定的B样条曲线，将沿u向计算得到的B样条曲线上的点作为新的控制顶点，得到张量网格沿v向计算，得到的曲线为B样条曲面上的曲线，最后沿v向的二次均匀B样条曲线构成一张二次均匀B样条曲面。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

根据所述最优解，将所述被加工件投射到三维空间，采用电火花或者数控铣的加工方法作出与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具。

5.一种轴承套圈夹具曲面设计装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于根据被加工件的外表面确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线；

第二确定模块，用于根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲线确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲面；

第三确定模块，用于根据所述轴承套圈夹具曲面的B样条曲面确定与所述被加工试件的外表面相适应的数学模型；

求解模块，用于根据所述数学模型求出相对应的目标函数，从而计算得到与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具曲面的最优解。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：

根据公式1、公式2和公式3，通过控制顶点坐标d_i、曲线的次数k以及基函数N_i,k(u)确定轴承套圈夹具曲面的B样条曲线：

其中，i为节点序号，i＝0,1...n，d_i为控制顶点的坐标，N_i,k(u)为基函数，基函数是由节点矢量U的非递减参数u的序列u₀≤u₁≤...≤u_n+k+1所决定的k次分段多项式，k是基函数的次数，共有n+1个控制顶点，节点是在节点矢量U中取得，控制顶点则是坐标点，决定B样条的控制多边形。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：

给定(m+1)×(n+1)个控制顶点d_i，j(i＝0，1，…，m；j＝0，1，…，n)构成控制网格，给定参数u和v的次数k与，确定u向和v向的节点矢量U＝[u₀，u₁，…，u_m+k+1]，V＝[v₀，v₁，…，v_n+l+1]；

根据公式4确定k×1次张量积的B样条曲面方程：

其中，u_k≤u≤u_m+1，v_l≤v≤v_n+1，B样条基N_i，k(u((i＝0，1，…，m)与N_j，l(v)(j＝0，1，…，n)分别由节点矢量U和V按公式2计算；

沿一个u向或v向的参数方向，计算出该方向由控制顶点确定的B样条曲线，将沿u向计算得到的B样条曲线上的点作为新的控制顶点，得到张量网格沿v向计算，得到的曲线为B样条曲面上的曲线，最后沿v向的二次均匀B样条曲线构成一张二次均匀B样条曲面。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

制作模块，用于根据所述最优解，将所述被加工件投射到三维空间，采用电火花或者数控铣的加工方法作出与所述被加工件相配合的轴承套圈夹具。

9.一种轴承套圈夹具曲面设计装置，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的轴承套圈夹具曲面设计方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的轴承套圈夹具曲面设计方法的步骤。

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