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原文传递在线测量与加工一体化系统研究

论文题名：	在线测量与加工一体化系统研究
关键词：	汽车工程;整车设计;在线测量;加工一体化系统;仿真模型
摘要：	车身外观造型和内饰设计，作为汽车设计不可缺少的一环，是新车开发的关键部分，为了验证设计效果，必须制作1∶1的油泥仿真模型进行验证，对不满意的部位进行修改，然后再制作模型验证，如此循环往复，直到最终外观和内饰定型。传统的油泥模型制作工艺，一般采用人工模板比对刮板技术和通过三坐标测量机(Three CoordinateMeasuring Machines，以下简称CMM)进行反复测量、修正，耗费大量的人工工时，使新车开发速度得到极大限制。　　随着汽车工业不断发展，车型更新换代越来越快，以手工方式制作模型的工艺在时间和精度上越来越难满足设计要求。近年来，国外一些企业（如美国TARUS，德国MORA，意大利CMS）针对这种需求，已经开发出多款集测量加工于一体的产品，在模型制作过程中将设计数模直接进行数控加工，替代现有的手工模板比对制作过程，可大大提高模型的制作工效和制造精度。该产品成功应用到福特，BMW，大众，奔驰等汽车厂家。在此领域，我国还处于起步阶段，本论文即是针对这一市场需求，设计一款整合数控切削加工与在线测量的产品，满足广大汽车厂家的应用需求。　　论文主要研究工作内容如下: 　　1.整体系统方案的制定。通过与客户厂家充分的沟通和交流，了解他们的使用要求:该设备应具备的功能、精度指标、完成1∶1模型制作设备应达到的行程和时间周期。另外调研国外同类设备发展现状，并结合国内的生产制作工艺水平，确定设备主机采用悬臂式结构，双机双导轨布局方式。控制系统采用LinuxCNC，一边实现在线测量和加工一体化控制。测量软件采用RationDmis，加工编程软件采用PowerMill，与行业标准接轨。　　2.主机结构设计。对立柱和横臂进行结构设计，并做有限元分析计算，然后根据分析结果修改结构设计，达到在重量和结构刚性的最优化效果。文中还对精密传动以及导向部件、Z轴重量平衡装置、外罩防护系统以及铣削电主轴分度盘等结构进行了设计。　　3.标定系统设计。首先进行理论研究，找到模型与标定系统、标定系统与刀具不同刀位之间的位置关系。通过对比分析，确定标定系统发讯体采用电触式原理，对发讯体结构设计，以及设计发讯体下端支撑调节机构。　　4.在线测量与控制系统开发。考虑到现在没有一款控制器能同时满足测量与加工一体化控制，通过调查研究决定采用LinuxCNC系统，利用其良好的可扩展性，将自动测量的相关功能融入到了整个加工软件结构中，使在线测量与加工一体化成为可能。　　5.样机精度测试。查询精度检测评定标准，分别对主机进行测量精度和加工精度检测。其中测量精度有两项指标:单轴定位精度（每间隔100mm取一个数，往复各采集3次）和测量示值误差（用5个标准块分7个方位，每个标准块每个方位检测3次，共105组数据）。加工精度有两项指标:几何精度（三轴直线度，三轴垂直度共6组数据）和样件加工精度（铣削加工加工一个直径200mm代木材质球，用百分尺测量球直径，分3个方位测量，测量值与理论值200mm的最大误差即为加工误差）。　　未来的发展可考虑: 　　(1)将主机设计为五轴联动。五轴联动具有三轴联动无可比拟的优势，刀具的近法向加工使得工件表面质量更好，可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面多工序加工，不但可以更快的完成加工，而且也避免多次装卡造成的误差，使得精度更高。　　(2)驱动方式采用直线电机。直线电机具有结构简单，驱动系统结构可以大大简化;消除了机械传动的反向间隙，定位精度高;反应速度快，灵敏度高。
作者：	魏能强
专业：	控制工程
导师：	肖建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文