多公差耦合装配结合面误差建模与公差优化设计

以装配结合平面为研究对象,分析多种公差耦合情况下零件间装配结合面误差建模和公差优化设计问题。采用小位移旋量(Small displacement torsor,SDT)描述公差,针对不同类型公差建立零件平面误差模型,通过蒙特卡洛模拟法获得装配平面误差变动分量的实际变动区间带宽,通过响应面法建立误差变动分量实际变动区间带宽与公差间的显式函数关系;建立包含零件加工误差与装配过程误差的装配结合面综合误差模型。将该方法扩展应用于复杂装配体的装配误差建模中,实现了在设计阶段对装配精度的预测。以加工成本为目标,装配精度可靠度为约束,进行零件公差的优化设计。以一典型产品精度设计为例,验证了用该方法预测装配精度和优化零件公差设计的可行性与实用性。     

基于控制点变动模型的车床主轴系统误差计算与公差优化设计

为提高车床主轴系统的设计精度,提出一种基于几何要素控制点变动模型的车床主轴系统误差计算与公差优化设计方法。分析了影响主轴空间位置的前后轴承、箱体以及相互之间的装配关系,建立了误差传递关系图。根据控制点变动模型建立了车床主轴实际轴线相对于理想轴线的误差表示数学模型。利用蒙特卡洛模拟方法生成零件样本实例,采用统计分析方法计算主轴位置的概率统计结果。提出基于控制点变动模型的敏感度数值计算方法,得到了全部公差因子的敏感度。最后,采用正交试验方法,对高敏感度公差因子的公差值进行验证,获得优化的主轴系统的公差设计方案,从而验证了所提方法的正确性。     

一种铸造成形过程影响因素模拟与优化分析方法

针对目前钢锭铸造成形时常用的"瞬时充型、温度均匀"假设条件,提出一种基于正交试验设计、数值模拟及响应面法的铸造成形过程影响因素模拟与优化分析方法。以材料Cr5钢的6t钢锭铸造过程为研究对象,采用试验设计和数值模拟方法获取试验样本数据,运用极差分析得到各因素对响应指标的主次顺序。基于双三次插值算法的响应面建模方法,建立换热系数及预热温度与响应指标的回归响应面模型。基于响应面函数建立了一种对参数进行局部敏感性分析的方法,以修正试验结果。结果表明:为保证铸造成形过程影响因素模拟的精度和可靠性,提高钢锭的铸造质量,应考虑充型过程温度场变化对凝固过程的影响。     

精密机床加工误差灵敏度分析与公差设计

加工精度是衡量精密机床加工性能的重要指标,当前针对提高加工精度的研究主要围绕误差补偿展开,缺少根据加工件的精度要求而进行机床运动轴公差设计的研究。从公差设计的角度出发,通过机床空间运动误差建模、蒙特卡洛法模拟,实现最小二乘法评价零件加工精度;利用正交试验方法,得到某项精度要求与机床运动轴误差的公差带的多组对应数据,通过多元线性回归,进行灵敏度分析;同时基于自适应遗传算法,给出了运动轴误差的公差设计方法,保证所设计的公差带在装配工艺上的可行性。通过对某精密卧式坐标镗床29项误差公差带设计,验证了该方法的可行性。     

考虑零部件制造误差的精密主轴几何回转精度计算方法

提出一种通过精密主轴的结构及零部件制造误差预测其几何回转精度的计算方法。首先利用零部件之间的约束定位关系建立精密主轴的有向图模型,以此筛选出误差累积路径及关键公差;进而使用小位移旋量对各关键公差建模,通过齐次坐标变换的方法分析了4种主轴零件之间典型配合的误差传递过程;再将误差累积路径上的关键公差联系起来,得到主轴几何回转误差分析模型;在此基础上,结合蒙特卡洛模拟仿真方法,统计分析得到主轴几何回转精度的变动范围,得到其公差值;继而通过灵敏度分析,获得对各零件公差对回转精度的贡献度大小,为公差设计结果的改进提供依据。结果表明,该方法可以有效预测精密主轴的几何回转精度以及各零件公差对其影响程度。     

液压马达的公差分析研究

常规的线性尺寸链计算方法可以用于液压马达的公差分析,但忽视了形位公差对于液压马达装配精度产生的影响。通过运用公差原则,考虑液压马达中形位与尺寸之间的关系,决定形位公差的增减性,利用蒙特卡洛模拟法随机抽样进行计算机模拟,模拟实际表面的偏移,验证形位公差对尺寸链的影响。     

自动武器闭锁机构三维装配精度分析技术研究

闭锁机构是自动武器的主要工作机构,其装配质量对武器发射可靠性与使用安全有较大影响。目前,自动武器产品的公差分析仍使用传统的线性尺寸链计算方法,而忽视了特征变动和配合间隙对装配质量的影响。通过三维偏差分析技术对闭锁机构装配精度进行预测,提出了特征要素离散化处理的方法,采用矢量坐标矩阵来描述几何特征要素在空间中的位置变动,通过蒙特卡洛模拟法随机抽样进行仿真试验,模拟实际表面的偏移。分析满足约束条件的随机数样本,求解装配偏差累积模型,得到了与实际装配情况一致的结果。通过实例对比分析了尺寸链计算、旋量矩阵法和软件仿真三种方法的特点,验证了该方法的有效性,为自动武器设计制造集成应用的实施提供了参考。     

基于几何要素控制点变动的公差数学模型

提出采用几何要素的控制点位置变动表示尺寸和几何公差的方法.定义点线面几何要素的尺寸误差、位置误差和方向误差的控制点分别为点、直线的两个端点、平面的矩形包围盒的三个顶点,定义直线和平面的形状误差的控制点分别为直线和平面的内部组成点.根据目标要素和基准要素的几何类型、相互位置和基准优先顺序建立公差坐标系,根据公差坐标系建立平面要素的矩形包围盒,对几何要素的自由度进行分类和定义,以平移自由度方向作为控制点的变动方向,通过控制点变动的各种组合模拟几何要素的各种误差形式.根据几何要素的误差概率分布作为控制点的变动规律,控制点变动参数的定义域就是公差带,目标要素的控制点变动参数之间的相互制约关系可以表示方向公差和位置公差的相互作用关系,而目标要素和基准要素之间的控制点变动参数关系则可以表示各种公差原则.该公差数学模型既符合公差标准和实际惯例,又能够适用于公差分析、设计、检测等应用领域的各种数学分析方法.     

气体静压轴系公差设计北大核心

针对气体静压轴系孔轴配合径向气膜厚度要求,依据轴系零件尺寸公差和几何公差,建立孔轴配合装配尺寸链。采用蒙特卡洛方法模拟实际尺寸与几何误差综合作用结果对轴承径向间隙分布情况的影响,基于尺寸公差和几何公差的孔轴配合成本——公差模型及相关约束条件,采用遗传算法对孔、轴几何公差进行分配,对所建立模型进行了实际应用。     

气体静压轴系公差设计

针对气体静压轴系孔轴配合径向气膜厚度要求,依据轴系零件尺寸公差和几何公差,建立孔轴配合装配尺寸链。采用蒙特卡洛方法模拟实际尺寸与几何误差综合作用结果对轴承径向间隙分布情况的影响,基于尺寸公差和几何公差的孔轴配合成本——公差模型及相关约束条件,采用遗传算法对孔、轴几何公差进行分配,对所建立模型进行了实际应用。     

Accurate evaluation of free-form surface profile error based on quasi particle swarm optimization algorithm and surface subdivision

Although significant progress has been made in precision machining of free-form surfaces recently, inspection of such surfaces remains a difficult problem. In order to solve the problem that no specific standards for the verification of free-form surface profile are available, the profile parameters of free-form surface are proposed by referring to ISO standards regarding form tolerances and considering its complexity and non-rotational symmetry. Non-uniform rational basis spline(NURBS) for describing free-form surface is formulated. Crucial issues in surface inspection and profile error verification are localization between the design coordinate system(DCS) and measurement coordinate system(MCS) for searching the closest points on the design model corresponding to measured points. A quasi particle swarm optimization(QPSO) is proposed to search the transformation parameters to implement localization between DCS and MCS. Surface subdivide method which does the searching in a recursively reduced range of the parameters u and v of the NURBS design model is developed to find the closest points. In order to verify the effectiveness of the proposed methods, the design model is generated by NURBS and the measurement data of simulation example are generated by transforming the design model to arbitrary position and orientation, and the parts are machined based on the design model and are measured on CMM. The profile errors of simulation example and actual parts are calculated by the proposed method. The results verify that the evaluation precision of freeform surface profile error by the proposed method is higher 10%-22% than that by CMM software. The proposed method deals with the hard problem that it has a lower precision in profile error evaluation of free-form surface.     

面向系统的平面公差语义及其数学模型

针对机床系统的数字化精度分析及公差设计需求,以平面为例,提出了面向系统的公差语义并给出了其数学模型。面向系统的公差语义被定义为零件几何要素的公差对其广义配合件在6个自由度上的作用输出。遵循所提出的建模原则,公差域的数学描述基于零件的三维造型特征点,并适用于零件和装配两个层面。推导出了平面公差的6个输出参数并表示为齐次坐标变换矩阵的形式,实现了公差数学模型与机床系统误差模型的兼容。最后给出了一个在公差调整中的应用示例。     

基于图像的轮廓度测量与评定方法研究

复杂零件外形曲线的轮廓度测量和评定非常困难,已有的测量和评定方法或因效率、或因精度不够,难以满足零件轮廓度的高精度在线检测。本文针对微小型平面零件给出一种基于图像的轮廓度测量与评定方法。包括理论轮廓数据建模方法、对应理论点的扩展极角定界搜索方法以及最小极偏差轮廓度误差评定方法。通过实例将最小极偏差轮廓度评定方法（LDM）与传统的最小二乘轮廓度评定方法（LSM）进行了分析和比较。结果证明,最小极偏差评定方法较最小二乘评定方法能够更加快速、精确的收敛于最小值。     

基于凸多面体碰撞检测的虚拟砂轮建模研究

虚拟砂轮建模时大多采用包围球对磨粒进行碰撞检测,而包围球相互接触时凸多面体磨粒之间仍存在间隙,导致虚拟砂轮表面与实际砂轮表面差异较大,影响后续磨削过程仿真的准确性.针对这一问题,提出了一种基于凸多面体碰撞检测的虚拟砂轮建模方法.推导了砂轮表面磨粒随机位置的数学模型,基于凸多面体碰撞检测判断磨粒干涉状况,最终生成虚拟砂轮...     

Planar optical waveguide temperature sensor based on etched bragg gratings considering nonlinear thermo-optic effect

This paper demonstrates the development of optical temperature sensor based on the etched silica-based planar waveguide Bragg grating. Topics include design and fabrication of the etched planar waveguide Bragg grating optical temperature sensor. The typical bandwidth and reflectivity of the surface etched grating has been ∼0.2 nm and ∼9 %, respectively, at a wavelength of ∼1552 nm. The temperature-induced wavelength change is found to be slightly non-linear over ∼200 °C temperature range. Typically, the temperature-induced fractional Bragg wavelength shift measured in this experiment is 0.0132 nm/°C with linear curve fit. Theoretical models with nonlinear temperature effect for the grating response based on waveguide and plate deformation theories agree with experiments to within acceptable tolerance.     

一种基于分布式动态带宽分配的调度算法的研究

针对共享网络结构模型和消息模型．在分析网络控制系统调度算法特点的基础上提出了一种基于分布式动态带宽分配的调度算法，从带宽分配算法和分布式动态调度的实现方法两方面进行了详细描述。该算法可以满足不同节点的时间精度要求．有效利用了带宽．具有更高的灵活性和更好的容错能力。     

取件机械臂定位精度的可靠性优化研究

针对取件机械臂存在的绝对定位精度低、成本高等问题,采用基于定位精度可靠度的评价方法对机械臂进行了可靠性优化设计。使用多体系统理论建立了机械臂的静态误差模型,基于蒙特卡罗法对其定位精度进行了分析,并得出了机械臂末端总的误差敏感度。采用响应面法建立了机械臂动态误差的近似模型,并得出了其输出量表达式,考虑工程实际中动态误差与静态误差的耦合,将动态误差等效为机械臂的末端形变,建立了动静态耦合误差模型。以定位精度可靠度为约束,成本与体积最小为目标,静态误差源与结构参数为设计变量,建立了定位精度的优化模型,利用NCGA-II算法结合蒙特卡罗法对设计变量进行了优化设计。研究结果表明,优化使定位精度可靠度满足实际要求,成本与体积分别降低了15%与7.6%,为机械臂的设计制造提供了依据。     

波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统

用光学显微干涉法进行表面形貌测量时其深度测量范围的扩大和形貌测量精度的提高是一对矛盾。为此,本文设计出了一种基于波长轮换与相移扫描相结合的三波长表面形貌测量系统,并提出了一种基于椭圆拟合与相位差大小尺度相结合的相位提取与识别算法。将这种算法运用于多波长干涉图像的数据处理,有效地提高了形貌的整体测量精度,并拓展了深度测量范围。实验结果表明:在深度测量范围扩大近15倍的条件下,采用粗糙度国家基准校准的方波多刻线样板得到的表面粗糙度数据与校准数据的相对误差仅为4.12%,表明该系统在一定的深度范围内能够实现表面形貌的高精度测量。另外,针对该系统设计的多波长相位识别算法对环境噪声要求不高,可以支持系统的高噪声或在线测量。     

基于UG的三维装配尺寸面链表组自动生成方法研究

针对目前装配尺寸链不能实现真正意义上的自动生成及在装配尺寸链中很少考虑几何要素的几何公差的问题,提出了一种基于几何要素控制点理论公差表示模型的三维装配尺寸面链表组自动生成方法。在分析装配公差建模的信息组成的基础上,建立了装配公差信息的计算机储存储数据混合图结构。以UG NX7.5为二次开发平台,提取了三维装配体内零件上尺寸公差、几何公差、装配基准以及装配目标等信息。首先,确定了封闭环;然后,根据建立装配尺寸链的最短路径的原则搜索装配公差信息图,建立了三维装配尺寸面链表;最后,根据装配顺序及设计基准将其按零件拆分为三维装配尺寸面链表组。以三正交平面作为装配基准的轴孔装配为例,对该方法进行了验证。研究结果表明,该方法能够综合考虑几何要素的尺寸和几何公差,为后续的公差分析工作打下坚实的基础。