TKJ系列電梯轎廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
TKJ系列電梯轎廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),tkj,系列,電梯,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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外文科技文獻(xiàn)譯文
從大型數(shù)據(jù)點(diǎn)自動(dòng)生成數(shù)控刀具路徑
本文提出了一個(gè)可以直接從接觸或非接觸的測(cè)量設(shè)備中產(chǎn)生大型數(shù)據(jù)點(diǎn)的三軸數(shù)控切割機(jī)路徑的方式和算法。首先，采用一個(gè)Z-map模型來(lái)設(shè)立一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)用于節(jié)約電腦內(nèi)存的使用。粗切削路徑是由切片方式加工過(guò)的磁性材料而產(chǎn)生的：首先把原料根據(jù)裁減的深度切割成幾個(gè)薄片，接下來(lái)從切割和非切割區(qū)域的交叉點(diǎn)信息來(lái)判斷，從而產(chǎn)生粗切削路徑。精加工路徑則是由高度矯正法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所謂的高度矯正法就是精確測(cè)量切斷投射區(qū)域的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)量。任何道具和數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的干擾都在高度修正中被考慮進(jìn)去了。除了理論的討論。這個(gè)研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助切割系統(tǒng)來(lái)證明該方法的適用性。相對(duì)于傳統(tǒng)的復(fù)制銑、計(jì)算機(jī)輔助切割系統(tǒng)提供用戶更多的開(kāi)放性，減少加工時(shí)間，使工件適應(yīng)不同的工作環(huán)境。 1998 科學(xué)技術(shù)出版社版權(quán)所有。
關(guān)鍵字：CAD/CAM, NC加工，逆向工程
介紹
傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)通常關(guān)注概念設(shè)計(jì)流程、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、工程制圖和產(chǎn)品制造。然而，對(duì)于復(fù)雜的表面，是相當(dāng)不容易定義相對(duì)尺寸的，這樣就導(dǎo)致難以設(shè)計(jì)幾何形狀。針對(duì)這一問(wèn)題，仿形銑削機(jī)器提供了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的替代物。盡管能同時(shí)滿足跟蹤測(cè)量和零件加工，仿形銑削還是在很多方面有所限制。例如，要求模擬刀頭半徑與實(shí)際道具一致，道具的材料顏色與原型接近。并且只有一個(gè)工件有切割痕跡。本文就旨在通過(guò)對(duì)部分表面的數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)量這樣一個(gè)開(kāi)發(fā)中的自動(dòng)化零件加工方法來(lái)解決傳統(tǒng)仿形銑削的壓縮問(wèn)題。在開(kāi)始這個(gè)論題之前，我們首先回顧一下表面粗加工和精加工的流程。
文獻(xiàn)
粗加工在切割效率上體現(xiàn)了相當(dāng)高的性價(jià)。它首先將工件垂直于Z軸放置，然后切割成幾個(gè)較小的工件。為了讓粗加工根據(jù)不同深度切割成片，Chungwatana eZ al 提出了一個(gè)根據(jù)確定輪廓路徑來(lái)區(qū)分工件體和切片的理論。在確定了輪廓以后，粗加工路徑就由三種方法產(chǎn)生：線性式，曲線式，螺旋式（見(jiàn)圖：線性式）。線性式和螺旋式擁有諸如計(jì)算便捷，刀具路徑更短，計(jì)算路徑需求的計(jì)算機(jī)內(nèi)存更少的優(yōu)點(diǎn)，但其也有所缺陷，比如都需要更多的抬刀和更長(zhǎng)的切割時(shí)間。對(duì)螺旋式路徑來(lái)說(shuō)，它需要提供連續(xù)補(bǔ)償并去除自交叉路徑。連續(xù)補(bǔ)償是通過(guò)泰森多邊形圖形和雙十字通道計(jì)算而得的。
因?yàn)榫庸ぶ荚谔峁┕ぜO(shè)計(jì)需要的表面處理，精加工路徑必須具備一個(gè)較高的質(zhì)量和效率。許多有關(guān)精加工軌跡的參考資料都是和路徑規(guī)劃相關(guān)。下面有三種常用的路徑規(guī)劃方法：
（1）采用表面引導(dǎo)刀具。這種方法也被稱為以APT為基礎(chǔ)的刀具路徑生成方法。刀具沿驅(qū)動(dòng)表面切割，同時(shí)使零件表面，驅(qū)動(dòng)器表面和刀具之間的距離小于預(yù)設(shè)的加工精度。
（2）參考直角坐標(biāo)面。該方法首先在X-Y平面分配適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格點(diǎn)。接著計(jì)算表面上每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)之間的垂直相交線上的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)是通過(guò)計(jì)算刀具接觸點(diǎn)（CC 數(shù)據(jù)），然后找出由于刀具半徑而被抵消了的正方向上的刀具接觸點(diǎn)的位置，即計(jì)算切割中心點(diǎn)。（CL數(shù)據(jù)）最后，把所有切割中心點(diǎn)連接成線從而形成切割路徑。
（3）參考參數(shù)空間。第三種方法把路徑上的點(diǎn)在切割表面用參數(shù)表示，并加以計(jì)算，記錄各參數(shù)點(diǎn)在橫縱方向上的坐標(biāo)，以確定在表面上所對(duì)應(yīng)的刀具中心。
除了各種路徑規(guī)劃方法，刀具位置的測(cè)量，以及避免誤差同樣是如精加工一樣重要的論題。以下三種方法都可以在有關(guān)CL數(shù)據(jù)生成的資料中獲得：表面模型——CC數(shù)據(jù)——CL數(shù)據(jù)，表面模型——表面偏置模型——CL數(shù)據(jù)，表面模型——多邊形模型——CL數(shù)據(jù)。關(guān)于從數(shù)據(jù)點(diǎn)得到刀具路徑的文章大多都針對(duì)這一個(gè)目標(biāo)：高效率，高精度以及避免誤差。如上所述，Choi和Jun首先提出設(shè)定CC數(shù)據(jù)再計(jì)算CL數(shù)據(jù)，包括向量模和曲率半徑的收集。然而，對(duì)于較簡(jiǎn)單的模型和數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣的方法并不能提供足夠的幾何計(jì)算信息。同樣由Kim和Kiml提出的幾何方法也不能滿足這個(gè)要求：它首先建立起一個(gè)等距面，從而計(jì)算刀具路徑?？墒菃渭兊臄?shù)據(jù)點(diǎn)已不能提供精確的等距面，則更加談不上有效地解決自相交這個(gè)問(wèn)題。另一方面，黃禹錫所提出的三角網(wǎng)格方法被證明對(duì)于較小數(shù)據(jù)點(diǎn)（小于1000）是有效的。然而對(duì)與大型數(shù)據(jù)點(diǎn)，其效率就明顯直線下降了，主要原因在于幾何計(jì)算測(cè)量誤差過(guò)于復(fù)雜。通過(guò)我們仔細(xì)的評(píng)估，這些方法都不適合我們的這項(xiàng)研究。
Z-MAP模型
對(duì)于本文所討論大量數(shù)據(jù)，更有效的計(jì)算刀具路徑的關(guān)鍵在于最終對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存需求的減少。因此一個(gè)Z-MAP模型提供這樣一個(gè)功能，即在粗加工和精加工的路徑上立即找到投影在X-Y平面上的Z高度網(wǎng)格點(diǎn)。示圖2為Z-MAP模型。Z-MAP網(wǎng)格點(diǎn)密度直接影響到加工誤差以及計(jì)算機(jī)內(nèi)存系統(tǒng)的性能要求。Z-MAP的設(shè)置由以下幾個(gè)步驟組成：讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)，構(gòu)建C結(jié)構(gòu)，R結(jié)構(gòu)，以及Z-MAP映射。如果把行定義為測(cè)量方向，列定義為垂直方向，那么在同一行上的相鄰點(diǎn)關(guān)系則稱為C結(jié)構(gòu)，同一列上的相鄰點(diǎn)關(guān)系稱為R結(jié)構(gòu)。對(duì)C結(jié)構(gòu),R結(jié)構(gòu)和Z-MAP映射的詳細(xì)信息摘錄如下。
C結(jié)構(gòu)構(gòu)造
一旦數(shù)據(jù)點(diǎn)都寫(xiě)入，行中的每個(gè)點(diǎn)都被視為是C結(jié)構(gòu)中的一部分，其中包括高度，坡度，以及初始高度，還有其對(duì)應(yīng)的列中的每個(gè)點(diǎn)的分布。如圖3所示，第二列是4第三列是6。第五列，其均值是所有列之和除以它的初始高度。所有C結(jié)構(gòu)中記錄行上每?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的重要數(shù)據(jù)是為了快速計(jì)算出網(wǎng)格點(diǎn)之間的線性插值高度。
網(wǎng)格高度=基礎(chǔ)高度+距離*斜坡 （1）
移動(dòng)距離=初始距離+列索引*網(wǎng)點(diǎn)間隔
R結(jié)構(gòu)構(gòu)造:
在最后一步，行數(shù)據(jù)點(diǎn)在C結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表中被連接起來(lái)。一旦C結(jié)構(gòu)中每一單行被建立起來(lái)，我們可以繼續(xù)建立記錄行數(shù)據(jù)點(diǎn)之間關(guān)系的R結(jié)構(gòu)。一個(gè)R結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一行數(shù)據(jù)點(diǎn)，并包含著C結(jié)構(gòu)的點(diǎn)，該行中節(jié)點(diǎn)總數(shù)，比例因子，初始距離，行索引等（參見(jiàn)圖4和圖5）任何兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)指甲你的網(wǎng)點(diǎn)高度也由線性插值計(jì)算所得。一些相關(guān)參數(shù)，如初始距離和索引值是如C結(jié)構(gòu)一樣速算的，但這里的網(wǎng)點(diǎn)高度的計(jì)算基數(shù)不是一個(gè)常值。比例因子是既可以立即獲得的斜坡也可以使通過(guò)計(jì)算獲得。
Z-MAP提取物:
當(dāng)建立了R結(jié)構(gòu)以后，用于計(jì)算任意矩形區(qū)域及程序中網(wǎng)格點(diǎn)高度的R結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)被稱為Z-MAP提取物。以圖6為例，如果Y軸方向?yàn)闇y(cè)量方向提取第N行，則第I列到第M行，第J列如下所示：
（1）檢查I行是否為零。如果是，我們可以由此判斷出從第0行開(kāi)始的R結(jié)構(gòu)中，第M行和第N行之間的網(wǎng)狀高度數(shù)據(jù)并添加1到I列中。
（2）比較每個(gè)R結(jié)構(gòu)行索引，會(huì)發(fā)現(xiàn)在R結(jié)構(gòu)中，第S行和第E行對(duì)應(yīng)著I和J。
（3）對(duì)于 (K =M；K <= N; K + +)
讓 W=I
對(duì)于 （P=S；P <= E; P + +)
a. 計(jì)算P行中第K個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)高度，并保存為Z1
b. 計(jì)算P行中第K個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)高度，并保存為Z2
c. W <= J
(a).遵守Z1和Z2的數(shù)值，并用式（1）來(lái)確定網(wǎng)格高度以確定W的位置。
(b).把I添加到W數(shù)據(jù)中，如果W等于行指數(shù)Lp+1，則跳過(guò)這個(gè)循環(huán)。
圖7說(shuō)明了上述步驟。如圖7（a)所示，M=10，N=18,I=7，J=19.如果I不等于零，立即由第2步開(kāi)始。從圖中我們知道了R結(jié)構(gòu)中，I和J是與L2和L5所對(duì)應(yīng)的。如果有兩個(gè)循環(huán)，則執(zhí)行第三步。首先計(jì)算第10行第7到第19個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)之間的高度，然后，計(jì)算第11行第7到第19個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)之間的高度，以此類推一直到最后的第18行。圖7（b)解釋了第10行的網(wǎng)格點(diǎn)高度的計(jì)算：首先找到R結(jié)構(gòu)中第一行十個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)之間的高度，用Z1表示，再找到第二行十個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)之間的高度，用Z2表示。通過(guò)對(duì)22個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性插值分析，我們可以發(fā)現(xiàn)第10行第5到第8個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)高度。只有第7到第8個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)高度需要對(duì)當(dāng)前網(wǎng)格點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)對(duì)第一行和第二行網(wǎng)格點(diǎn)的高度分析，繼續(xù)分析第2行到第2行的計(jì)算，直至第9到第12個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)高度被計(jì)算出來(lái)。重復(fù)這套公式，直到完成第4行到第5行的網(wǎng)格點(diǎn)高度計(jì)算。第11到第18行的網(wǎng)格點(diǎn)高度可以像計(jì)算第10行一樣如法炮制。
粗加工數(shù)控刀具路徑生成
在一般情況下，粗加工采用平面銑和逐片切削的方法來(lái)達(dá)到更好的工件切削率。從測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行粗加工的路徑生成的程序包括以下步驟:
（1）按照上面的方法建立一個(gè)Z-map模型
（2）參照切削深度決定切削刀
（3）根據(jù)刀具高度基準(zhǔn)計(jì)算和記錄交點(diǎn)
（4）分析交點(diǎn)信息，把切割區(qū)域和非切割區(qū)域進(jìn)行區(qū)分。
（5）生成切割區(qū)域內(nèi)的切削路徑
（6）連接各切削區(qū)域和切削路徑
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tkj
系列
電梯
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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