机床大规模公差设计策略与数字化方法

针对计算机辅助公差设计的发展状况,提出一种机床大规模公差设计的策略及其实施方案。实施中以误差敏感性分析作为机床公差设计的重要依据,以公差控制效果的数字化预测作为公差检验及调整的具体指导。介绍了机床通用误差模型的建立原理及方法,以平面为例给出了公差数学模型的建立方法及表示形式,并给出了公差控制效果预测方法的示例。     

基于热力耦合变形的机床主轴公差建模方法研究

机床主轴的公差建模很少同时考虑切削力与摩擦热耦合变形的影响,导致公差模型与工程实际存在较大差异,难以保证机床主轴加工精度的问题。为此,研究一种基于热力耦合变形的机床主轴公差建模方法。根据机床主轴的实际工况,运用小位移旋量理论表达特征的几何变动,建立主轴原始几何误差的Jacobian-Torsor公差模型;根据几何变动修正Jacobian-Torsor公差建模,增加典型配合特征的公差变动表示模型;利用ANSYS计算主轴在切削力与摩擦热耦合作用下的变形量;将结果引入修正的Jacobian-Torsor模型,得到热力耦合变形下的机床主轴公差模型。结果表明：主轴与轴承的装配间隙在径向y方向上的平动量减少0.009 mm,沿着径向的转动量减少0.000 8 mm,过盈增大,加快了主轴的磨损,影响主轴的回转精度。所设计的模型可为机床主轴的公差设计提供参考,并可预测和改善主轴的工作性能。     

基于功能表面的公差表示模型研究

为实现概念结构与公差并行设计,提出了基于功能表面的公差表示模型。以功能表面、功能表面最小基准元等概念为基础,结合面向对象的思想,将现有的公差类型进行合理分类,并对类属性进行了深入研究。经实例验证,该模型能够表示功能表面的公差信息。     

基于Ontology的装配公差规范的自动生成

针对几何产品公差规范设计中存在的不确定性问题,文章将本体理论引入到装配公差规范的设计中,为装配公差规范的自动化、智能化设计提供一种可行的方法。首先构建装配公差规范层次化表示模型,并采用OWL DL断言表示模型层次间的约束关系;其次,根据装配公差规范中的概念和关系,构建装配公差规范的本体模型;再次,根据装配公差规范设计领域的专家知识,使用语义网规则语言(SWRL)构建装配公差规范设计的推理规则;然后,根据构建的本体表示模型及定义的推理规则,构建装配公差规范设计知识库,在此基础上编写装配公差规范智能化设计算法;最后,以齿轮减速器为实例说明了装配公差规范自动生成的过程,并分析验证了该方法的有效性。     

基于仿真分析的BT40主轴系统公差设计与优化

公差设计质量直接影响产品的性能和制造成本。为提高主轴系统公差设计的质量和效率,提出了一种基于建模仿真的公差设计与优化方法。模拟BT40主轴系统的结构和装配过程,首先在CETOL6σ软件中建立主轴系统的数字化公差模型,利用该模型分析各主要公差对系统输出精度的贡献度和敏感度。然后以类比法公差设计作为原始方案,仿真检验其设计效果。最后以公差贡献度和敏感度为依据,对原有公差设计方案进行修正及优化。结果表明:优化后的方案显著提高了主轴系统的输出精度。     

公差设计中的边界控制法

从零件在互换性设计过程中尺寸公差和形位公差的相互关系着手，通过动态公差图，分析了不同相关要求的功能及合格条件。并提出一种边界控制法，以求在零件几何精度设计中更加灵活、合理地应用各种相关要求。     

基于极值法与统计公差法的不同尺寸公差分配方法的研究

对装配体的尺寸公差分配是产品公差设计中的一项重要环节。公差的大小决定着产品的制造成本,对装配尺寸公差进行合理分配具有重要意义。然而在两种不同的公差分析方法下其各种公差分配也有所不同。文章介绍了目前装配尺寸公差分配的主要方法,有等公差法、等精度法和最优化分配法等。结合齿轮轴工程实例,分别运用极值法和统计公差法对各种尺寸公差分配方法进行分析研究。其结果表明,在实际运用中利用装配功能公差链统计公差法约束条件并考虑加工方法的经济性公差约束条件对装配尺寸公差进行分配为最优化分析方案。并将其集成到计算机公差设计系统中。     

基于实际工况的装配体公差建模方法研究

几何产品的装配公差数学模型对CAD/CAM/CAE的集成有着重要的作用。目前的装配公差模型以刚体假设为前提,忽视了实际工况的影响。为解决此问题,研究了实际工况对产品工作性能及公差设计的影响,利用有限元仿真计算了零件在实际工况下的变形量,并在公差模型中综合考虑变形量的影响,建立了实际工况下装配体的公差模型。将该方法应用到尾座装配体的公差建模中,验证了该方法的有效性。     

基于自由度变动的定向公差计算方法分析

在分析物体结构特征的基础上,指出了定向几何公差中平行度和垂直度与几何要素自由度的关系;建立了定向误差相关要素的数学模型;分类给出了定向误差位置链中基准不变三环位置链的计算方法,为数字化加工过程中定向公差的设计和工艺计算提供了一种方法。     

反求设计中公差模型的研究

本文分析了公差和误差在产品生命周期中的表现，论述了目前公差模型的发展现状及其常见的几种形式，从反求设计的特点出发，讨论了建立反求设计中公差模型需要考虑的因素，从而提出了一种公差模型的框架结构。     

基于结合面特性的机床整机精度设计系统研究

阐述了基于结合面特性的机床整机精度设计系统结构以及4大关键模块,并利用VB开发工具实现了基于结合面特性的机床整机精度设计系统。利用该系统实现了机床结合面特性参数的分析与管理,并基于多体系统理论建立了三轴数控机床静态几何精度模型,可对机床在整个加工空间的几何误差进行预估并对误差源进行敏感性分析;同时集成ANSYS软件,基于结合面特性可对机床整机动态性能进行分析。另外,通过有效管理机床设计过程中的设计经验以及动静态精度分析的知识,将有效地支持机床设计。     

数控刻楦中刀轴矢量平滑化及仿真

为了解决数控刻楦中刀轴矢量方向相对鞋楦表面法向频繁变换而造成冲击或发生干涉等问题,提出一种刀轴矢量平滑化插值方法。在确定刀触点的情况下,根据鞋楦表面的微分几何性质确定刀轴矢量方向。采用空间矢量光滑插值方法获得一系列中间位置刀轴矢量使刀轴变化较均匀：根据鞋楦误差要求,采用几何变换方法分析切削工步的起始和结束刀触点处的刀轴矢量变化状况。据此估计刻楦误差。以某规格鞋楦数控刻制过程为例对刀轴矢量光顺化方法进行仿真。结果表明,该方法可以避免刀轴方向频繁变换,并有效地提高加工精度。     

基于小位移旋量公差建模和蒙特卡洛模拟的装配体公差优化设计方法北大核心

提出一种基于小位移旋量(SDT)公差建模和蒙特卡洛模拟的装配体公差优化设计方法,通过分析装配精度链、装配结合面和结合面公差3个对装配精度具有重要影响的核心要素之间的关系,利用SDT理论和蒙特卡洛模拟法建立公差模型,再利用齐次变换理论建立结合面误差模型和装配精度模型,进而推导出装配体装配精度与结合面公差相关的映射模型;结合公差制造成本、装配精度可靠度原则,建立装配体装配精度的公差优化模型,并以顶尖装配体为例完成公差优化分析。研究发现:在满足装配精度可靠度的前提下,可使顶尖装配体加工成本降低9.02%,而装配精度可靠度提高至97.81%,验证了所提方法的有效性。     

Tool path generation and error control method for multi-axis NC machining of spatial cam

In this paper, based on the homogeneous coordinate transformation and conjugate surface theory, a tool path generation method is developed for generating spatial cam in order to establish the interface between the design and manufacture of this class of product. The mathematical error (chordal deviation) between the design and manufacture surface has been analysed and used as a basis for selecting the tool path control point. Moreover, the developed tool path generation method is verified through a cutting simulation software with solid model. It is also verified through the trial cut with model materials on a five-axis numerical controlled machine. The results show that the mathematical error of the cam surface can be controlled within given tolerance by the proposed method.     

八轴五联动加工中心几何仿真环境构建方法研究

通过分析几何仿真环境的功能需求,设计了几何仿真环境的结构。以某公司生产的1台八轴五联动镗铣加工中心为原型,分析机床的几何约束关系和运动关系,构建机床模型、控制模型与测量分析模型,建立了具备现实机床系统全部功能、特征和行为的几何仿真加工环境。实际应用表明：构建的仿真环境能真实反映机床的静态特征和动态特征,在该仿真环境中进行仿真测量分析,能有效保证产品加工质量和机床安全性。所提的几何仿真环境构建方法为构建其他类型多轴加工几何仿真环境提供技术支持和参考。     

基于Solid Edge的组合机床总体设计三维造型系统的研制

利用Solid Edge变量化造型技术,根据组合机床的组成特点建立了变量化模板库和虚拟机床库,综合利用VB语言、数据库技术、三维造型技术,实现了组合机床的总体设计和三维造型,是组合机床设计的新方法。     

腐蚀条件下飞机结构耐久性／损伤容限综合分析

腐蚀对飞机寿命和安全的影响日益显著,综合考虑腐蚀条件下结构的耐久性和损伤容限,将有助于减轻结构的重量,使结构符合检修一体化要求,提高飞机的机动性和经济性。本文给出了腐蚀条件下飞机结构耐久性／损伤容限综合设计与分析方法,并建立了分析模型。该模型以腐蚀条件下随机耐久性分析为基础,补充了概率损伤容限分析,最后利用该模型对一实际结构进行了腐蚀条件下耐久性和损伤容限的综合评定。