专利名称：三维曲面构件精度及其成型加工精度数据(字)控制方法
一种三维曲面构件的，几种三维曲面组合的共轭曲面副构件的，这两类设计理论工作曲面的精度设计与其成型加工工艺精度设计，使用与理论工作曲面等间隙的理论曲面数据(字)控制技术的规定，是解析几何，微分几何应用与机械零件、机械加工技术相结合的结果。
对这两类设计理论工作曲面的两个精度的设计，现有的技术资料、有关标准都是直接按理论工作曲面的参数规定、直接按理论工作曲面进行数控加工、和直接按理论工作曲面用放样、靠模仿型、构造成型法等控制方法制造，而没有本数据(字)控制技术内容。
本数据(字)控制技术发明的目的，是将这两类设计理论工作曲面的两个精度二者统一和相互包容，从两个精度设计过程的结合部去消除理论上的误差，根据构件使用功能需要改进三维曲面结构物理性能，提高两个精度设计的可靠性和稳定性。
本数据(字)控制技术的主要内容有1，使用与设计理论工作曲面等间隙的理论曲面的规定；2，使用等间隙的或修正的单面式或双面式理论曲面两界面包容区间的规定；在这两类构件生产中，当无法克服的成型加工过程造成设计理论工作曲面微观的和不同程度的质变(变性)时，或者共轭曲面副构件运动、润滑设计的需要时，等间隙的单面式或双面式理论曲面两界面包容区间是最接近设计理论工作曲面的；在工艺精度设计上和实际成型加工操作上两界面包容区间是唯一的能使两个精度连续接近、无限接近的，是唯一的能与设计理论工作曲面连续接近、无限接近的。
3，一般三维曲面构件的成型加工精度设计3.1，等厚构件的成型加工构件在塑性变形过程完成后，在构件背后(非工作面)的工模具型腔曲面，用等间隙的或修正的单面式理论曲面两界面的数据(字)控制制作，应能使构件的设计理论工作曲面与工模具的工作型面很好的贴和。
3.2，非等厚构件和用切削加工的构件精度设计设计理论工作曲面的尺寸偏差和位置偏差按等间隙的单面式理论曲面两界面包容区间的尺寸规定，并提供等间隙的理论曲面三坐标6参数的数据(字)控制。见(
图1)，(图2)。
4，一种三维曲面或几种三维曲面组合的共轭曲面副构件的理论工作曲面的精度设计与其成型加工工艺精度设计4.1，共轭曲面副的理论工作曲面的精度设计设计理论工作曲面的尺寸偏差和位置偏差的规定，是与等间隙的双面式或单面式理论曲面两界面包容区间的尺寸相符合为合格条件；并提供等间隙的理论曲面的三坐标6参数数据(字)控制。
4.2，成型加工刀(磨)具型线的设计根据与刀(磨)具制造精度的规定成型刀(磨)具型线的理论计算，主要按等间隙的理论曲面求解；当按等间隙的双面式理论曲面求解时，两个等间隙的理论曲面作为各自对应的确定刀(磨)具型线制造偏差的上极限和下极限的根据。
当按等间隙的单面式理论曲面求解时，共轭曲面副的理论工作曲面和一个等间隙的理论曲面作为各自对应的确定刀(磨)具型线制造偏差的上极限和下极限的根据；5，共轭曲面副构件配偶理论工作曲面的精度设计5.1，选用两个双面式等间隙包容负区间作为配偶设计理论工作曲面尺寸偏差、位置偏差的规定；见(图3)。
5.2，选用一个单面式等间隙包容正区间与一个双面式等间隙包容负区间作为配偶设计理论工作曲面尺寸偏差、位置偏差的规定；见(图4)6，用等间隙的理论曲面数据(字)控制技术，对诸如要求有传力和密封精度的螺杆流量计、螺杆泵、螺杆压缩机等产品中的螺杆、转子等零件能够同时提高产品设计精度和工艺设计精度的可靠性和稳定性；特别是对现实螺杆泵、螺杆压缩机经过机床精密切削加工后，还必须经最有经验的钳工师傅手工修磨才能完成的技术障碍，本数据(字)控制技术就能很好的解决。
7，按照现实生产技术，本数据(字)控制方法，对用数控机床加工和用专用成型刀(磨)具加工都是适用的。
8，按本数据(字)控制方法设计全新的经济实用的各种曲面检测工具。
9，本数据(字)控制方法，对等间隙理论曲面的设计计算是一种理想的优化结构，对各种类曲面具有广泛的适应特性。
等间隙的理论曲面在构件设计中的分布，等间隙的单面式或双面式理论曲面两界面包容区间在构件设计中的规定，由以下图示给出图1的结构规定(1)为构件设计理论工作曲面；(2a)为与(1)等间隙的单面式理论曲面凸型结构；(2b)为与(1)等间隙的单面式理论曲面凹型结构；曲面(1)与曲面(2)两界面内空间为构件设计理论工作曲面的尺寸偏差、位置偏差的单面式等间隙包容正区间。
图2的结构规定(1)为构件设计理论工作曲面；(3a)为与(1)等间隙的单面式理论曲面凹型结构；(3b)为与(1)等间隙的单面式理论曲面凸型结构；曲面(1)与曲面(3)两界面内空间为构件设计理论工作曲面的尺寸偏差、位置偏差的单面式等间隙包容负区间。
图3的结构规定(4)为构件设计理论工作曲面；(5)、(6)为与(4)等间隙的双面式两理论曲面；曲面(5)为构件设计理论工作曲面(4)的尺寸偏差、位置偏差的负极限上偏差界面；同时为刀(磨)具精度设计的正极限下偏差的求解(计算)根据；曲面(6)为构件设计理论工作曲面(4)的尺寸偏差、位置偏差的负极限下偏差界面；同时为刀(磨)具精度设计的正极限上偏差的求解(计算)根据；曲面(5)、曲面(6)两界面内空间亦为当刀(磨)具设计理论廓线与等间隙的理论曲面相切的连续切痕轨迹的包络曲面的尺寸偏差和位置偏差的双面式等间隙包容正区间并由此确定刀(磨)具型线制造偏差的上极限和下极限。
图4的结构规定图4a为一个单面式等间隙包容正区间的规定；(7)为理论工作曲面；(8)为与(7)等间隙的单面式理论曲面；曲面(7)与曲面(8)两界面内空间为该构件设计理论工作曲面的尺寸偏差、位置偏差的单面式等间隙包容正区间；图4b为一个双面式等间隙包容负区间的规定；(9)为理论工作曲面；(10)、(11)为与(9)等间隙的双面式理论曲面；曲面(10)与曲面(11)两界面内空间为该构件设计理论工作曲面的尺寸偏差、位置偏差的双面式等间隙包容负区间。
权利要求
1，一种三维曲面构件精度及其成型加工精度数据(字)控制方法，其特征是对一种三维曲面构件的、和几种三维曲面组合的共轭曲面副构件的理论工作曲面精度设计与其成型加工工艺精度设计，使用与理论工作曲面等间隙的理论曲面的数据(字)控制方法的规定，是从两个精度设计过程的接合部去消除理论上的误差，并能根据构件使用功能需要改进三维曲面结构物理性能，提高两个精度设计的可靠性和稳定性。一种三维曲面构件精度及其成型加工精度数据(字)控制方法，是将现有的构件精度及其成型加工精度，从理论工作曲面的数据(字)直接控制加工、和按该曲面用轨迹法设计的模(成)型刀(磨)具的平面上的误差控制，转变为由等间隙理论曲面的极限逼近的误差理论控制。对于一般曲面的加工，或成型，该种控制方法都是最接近实际工况的。几种三维曲面组合的共轭曲面副构件的理论工作曲面精度设计与其成型加工工艺精度设计，其特征是产生对应的组合型等间隙的理论曲面极限逼近的误差理论控制，其特征是等间隙的理论曲面交角处过渡圆弧改进了该种结构表面的物理性能。当无法克服的成型加工过程造成设计理论工作曲面微观的、和不同程度的质变(变性)时，等间隙的、单面式或双面式理论曲面两界面包容区间是唯一的能使两个精度连续接近、无限接近的，是唯一的能与设计理论工作曲面连续接近、无限接近的。其特征是，前一种控制方法实际是按照加工路线(如加工余量控制、切削痕迹控制等)，将理论工作曲面平行移动实现控制的，而后一种控制方法(如加工余量控制、切削痕迹控制等)，是没有这种平行移动的、相似(或等间隙)逼近过程实现控制的。一般情况(如切削量等)，特别是在需要或存在工件整体定位时，平行移动本身引起变形；同时，在刀(磨)具刃口有厚度和宽度条件下，前一种控制方法产生没有固定中心的误差，从局部上和微观上看，产生了单向位移或离散状的变形。而后一种控制方法是有固定误差中心的收敛的控制方法，能够理想地逼近理论工作曲面的数据(字)控制。在轨迹法模(成)型刀(磨)具上，前者是平面控制方法，而后者是空间立体的控制方法，因而前者是不符合实体结构特性的，而后者是与实体结构特性相似的和逼真的。
2，根据权利要求1，等间隙理论曲面定义如下2.1，设有一光滑曲面，或一由几种分区光滑曲面的组合曲面，若存在一小于该类曲面最小曲率半径的圆球沿着其连续滚动，该球和较大的同心圆球与其为界派生的正的或负的另一曲面或一组合曲面连续接触，则这两类曲面称为等间隙空间界面。前者称为源曲面，后者称为等间隙正曲面或等间隙负曲面。所定义的圆球称为等间隙界面的等空间。2.2，当上述定义的圆球沿着任意方向滚动时，则称两空间界面是完全的；当沿着规定的方向滚动时，则称两空间界面是有条件的。2.3，当以一种理想的物质填满该类界面空间时，在形成的层状体任一点上的最小厚度处处相等。
3，根据权利要求1，采用逐点加工工艺时，按该法提供数据(字)控制；用刃口回转轨迹为球冠空间的刀(磨)具时，并可用改变回转半径的方法提高加工精度。采用轨迹法设计模(成)型刀(磨)具，按该法提供数据(字)控制；同样可用改变刃口回转半径的方法提高加工精度；如有配合、组合结构面的，或有密封、润滑结构面的，或共轭曲面副的等。
4，根据权利要求1，一种三维曲面构件精度及其成型加工精度数据(字)控制方法，应用于等厚构件的成型加工，其特征是构件在塑性变形过程完成后，在构件背面(非工作面)的工模具型腔采用与设计理论工作曲面等间隙的或修正的单面式理论曲面两界面包容区间的数据(字)控制方法，应能使构件的该设计理论工作曲面与工模具的工作型面很好的贴合。
5，根据权利要求1，可以设计出各种全新的检测工具。
6，根据权利要求1，等间隙曲面计算实例源曲面双曲抛物面Z1＝X12/a12-Y12/b12注式中(X1，Y1，Z1)为源曲面上一点的坐标；若将等间隙曲面选在当量圆球中心位上，对上式和圆球面方程求偏导数，则经变换得等间隙曲面方程 注(A，B，C)为等间隙曲面上一点的坐标；d为等空间圆球直径。解法根据工艺需要(一般化为平面曲线的正交网点)，同时设定A和B的坐标值A0，B0，分别代入①，②得 由⑤式得y1＝±b12(|(x12/a14(d2/(x1-A0)2-1)-1/4)|)1/2⑦ 注R2/(x1-A0)2≥1x1，y1的取值当a1|B0|/b1≤|x1|与0≤|A0|≤|x1|中取大者，且有0≤|y1|≤|B0|；或当0≤|A0|≤|x1|≤a1|B0|/b1，且有0≤|y1|≤|B0|时；则对应点(x1，y1)与(A0，B0)同号。其中|x1|的搜索范围均为≤d。将⑦代入⑥得一元方程B0=y1+d(2y1/b12)/((2x1/a12)2+(2y1/b12)2+1)1/2y1=±b12(|(1/a14(d2/(x1-A0)2-1)x121-/4)|)1/2,]]>解之得(X1，Y1)，再代入③，④得C0，Z1，于是得一组完整的解
7，根据权利要求1，一般曲面的等间隙理论曲面的建模方法设源曲面方程为F1(x1，y1，z1)，球面方程为F2(x2，y2，z2)，求F1与F2的共点(重合点)方程x1=x2y1=y2z1=z2]]>将x2，y2，z2代换得 注球心坐标(A，B，C)。将该方程变形得 该等式两边分别平方并相加，整理得(x1-A)2+(y1-B)2+(z1-C)2＝r2这是一个标准球面方程，因此可写成球面参数方程F(x12，y12，z12) (1)注(x12，y12，z12)表示共点坐标又设F1与F2上任一点的法线向量分别为 这两种法向量必须重合且相等于是得 将(2)代入(1)得 将③代入球面方程(x12-A)2+(y12-B)2+(z12-C)2＝r22得k1/k2＝1/((F1/x10)2+(F1/y10)2+(F1/z10)2)1/2(4)将④代入③得 用圆球直径d1或(r2-r3)＝d2≤0替换当量半径r2，于是得到定义的等间隙正曲面或等间隙负曲面注r3为同心圆球半径。 或 式(1)与式(5)在使用中具有等效性。作为实际应用之一，可设计制造出各种精度的接触式单球头或单滚珠式—三维自动数字测量杆仪，接触式正交网内检规和外检规(配对使用)，其它如成型刀具成型磨具计算等。将式(1)变形得所有曲面统一的公差表达式 (7)注(Δx，Δy，Δz)表示三维公差任意点误差((Δx)2+(Δy)2+(Δz)2)1/2≤r2(注此处只能用r2)。
全文摘要
一种三维曲面构件精度及其成型加工精度数据(字)控制方法，是解析几何，微分几何应用与机械零件，机械加工技术相结合，从产品精度形成过程的结合部去消除理论上的误差，达到改进三维曲面结构物理性能，提高产品精度设计的可靠性和稳定性。使用等间隙的或修正的理论曲面作为数据(字)控制的工具。图中(4)为设计理论工作曲面，(5)、(6)为与(4)等间隙的双面式两理论曲面；(5)、(6)两界面内空间为设计理论工作曲面尺寸偏差、位置偏差的双面式等间隙包容负区间。
文档编号G05B19/4099GK1763672SQ20041008549
公开日2006年4月26日 申请日期2004年10月18日 优先权日2004年10月18日
发明者尹顺同 申请人:尹顺同, 李友芝, 尹升