基于运动学与有向尺寸路径的工件定位误差自动分析算法

为了分析与计算夹具设计过程中的定位误差,以评估夹具的性能,根据运动学原理建立工件的定位误差模型,将定位误差描述为工件与夹具定位方案之间接触点位置变化的函数。研究了工件与夹具定位元件的接触类型,给出各类接触的有向尺寸路径搜索规则,利用矢量环投影原则获得有向尺寸路径算法,实现了矢量环不存在未知参数及其公差情况下接触点位置误差的求解。若矢量环存在未知数,则连接两条有向尺寸路径形成一个封闭的有向尺寸链,根据未知参数的类型及独立性的影响,推导出有向尺寸链的求解算法,建立矢量环存在未知参数及其公差情况下接触点位置变化的表达式。提出去重去零与转换方法,建立定位方案与有向尺寸链的映射关系,确保定位误差计算结果的合理性。通过实例给出了定位误差的计算方法与步骤,计算结果表明所提出的定位误差计算模型通用性好,计算过程易于实现自动化,可为促进计算机辅助夹具设计系统的实用性进程提供技术支持。     

基于运动学方法的线性尺寸定位误差通用建模与分析

定位误差是评价夹具性能的重要指标 ,分析定位误差是夹具设计中的一个重要环节。由于定位元件与工件的制造误差 ,工件安装后将不可避免地产生位置偏移 ,定位误差就是由于工件上的工序基准点位置在加工方向上发生偏移而引起的。现有夹具定位方案误差分析方法 ,如合成法、极限位置法以及微分法所建立的定位误差计算模型仅适用于特定类型的定位方案 ,不具备通用性 ;而目前利用运动学方法所建立的夹具模型仅考虑了定位接触点位置的影响 ,没有考虑调刀基准点位置偏移的影响。为此 ,根据运动学方法 ,在完善夹具模型的基础上 ,本文提出线性尺寸定位误差的通用模型与分析技术。     

夹具定位方案的稳健性及其优化设计

对影响机床夹具定位误差的各种因素进行了综合分析,提出了定位方案稳健性的基本概念.通过优化设计,可使夹具定位精度对各种干扰因素具有不灵敏性,提高其定位质量.对定位方案稳健设计的准则函数和约束条件进行了探讨,提出了一种优化设计建模方法,并给出了设计实列.     

夹具定位方案的数学建模及其优化设计

针对计算机辅助夹具设计的设计质量仍取决于设计者或专家的经验与知识水平、难以得到最优设计结果这一现状，建立了基于工件位置偏移与定位源误差之间关系的定位方案运动学模型，提出了定位方案的优化设计准则，从而改变了传统夹具设计中定位方案的经验性设计模式。通过实例说明了定位方案的稳健优化过程。研究结果表明，基于运动学模型的定位方案优化方法可以提高定位质量。在汽车、航空航天等制造领域中，定位方案的优化方法具有理论与应用价值。     

夹具平面定位误差的连杆机构模型及其概率分析

研究了平面定位情况下的夹具定位误差通用分析方法.将加工表面、工序基准、定位基准和定位元件等决定定位误差的四个要素用直线、圆、圆弧和点等几何要素表示,并将四个要素之间的位置及其变动关系用平面连杆机构模型等价表示.通过研究采用机构的结构参数表示工件一夹具系统的所有工序信息及其内在联系的方法,建立了工件和夹具定位元件接触副与机构构件之间的映射关系,以及尺寸和形位公差的机构构件和运动副表示方法,从而实现了定位误差计算模型的自动建立.利用机构误差概率分析方法计算r夹具平面定位情况下的定位误差.     

运用随机有限元法与正交试验的车身焊装定位点稳健设计

基于随机有限元法与正交试验设计,提出一种车身薄板件焊装夹具定位点稳健设计方法。研究车身件焊接装配过程,通过随机有限元方法,建立焊装夹具误差与零件定位偏差的关系,有效模拟出车身零件因焊装夹具产生的法向定位偏差。以夹具定位点位置为设计参数,夹具定位误差为噪声参数,设计正交试验,分析不同定位方案下零件的定位精度,确定最佳定位方案。该方法在一前围侧板的焊装案例上得以验证。     

基子尺寸式原理的定位误差分析算法

在夹具设计中,针对目前定位误差概念的模糊性以及分析计算过程的复杂性,提出对刀基准概念,并对定位误差进行准确定义.将尺寸式原理引入定位误差计算中,避免了用常规定位误差模型计算前分析与判断的繁琐工作.基于尺寸式原理的定位误差计算方法具有简单易懂、使用方便、便于计算机辅助夹具设计等特点.     

基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计

提出一种基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计方法。分析二维多工位装配尺寸偏差传递关系,建立由定位销和零件定位孔(槽)公差引起夹具定位偏差的偏差流状态空间模型。采用数论网格方法对定位销和零件定位孔(槽)公差进行采样,将得到的公差样本代入夹具定位偏差模型,求得夹具定位偏差样本空间,将夹具定位偏差作为状态空间模型的输入偏差,提出基于状态空间模型的二维多工位装配成功率计算方法。继而应用Taguchi正交试验直观分析方法,分析得到影响装配成功率的主要因素即夹具系统定位销副关键公差,运用回归正交组合设计拟合得到二维多工位装配成功率与夹具系统定位销副关键公差的响应面模型。以定位销、零件定位孔(槽)制造成本所构成的装配成本最小化为目标,二维多工位装配成功率为约束,建立二维多工位装配夹具系统定位销和零件定位孔(槽)公差可行稳健设计模型。以汽车车身地板二维三工位装配为例,建立其公差可行稳健设计模型并对该模型进行计算与分析,结果表明在装配成本增幅较小的情况下,采用稳健约束后可显著提高公差设计的可行稳健性。该方法为二维多工位装配夹具系统公差稳健设计提供了一种新途径。     

基于SolidWorks的机床夹具定位设计

针对机床夹具定位元件种类多、无固定设计模型和涉及数据资料多的特点,提出了机床夹具定位设计CAD系统的开发方法和思路,建立了各种定位方案的定位误差计算的数学模型.在SolidWorks环境下,用VB开发机床夹具的定位元件库,通过定位误差的计算确定夹具设计的定位方案,实现机床夹具定位设计的自动化.     

夹具夹紧方案优化设计

综合分析夹具夹紧误差的各种影响因素及其影响方式,并根据影响方式归纳产生夹紧变形的两大原因,即由夹紧副变形导致的工件位置误差与由外力导致的工件变形,由此建立夹紧副变形与工件位置误差的通用关系模型;以工件位置误差最小为目标,建立了夹紧力的优化模型,可以同时实现夹紧力大小与作用点的稳健优化设计。最后用一典型实例说明了夹紧力的优化结果。所介绍的方法不仅适用于夹具设计,而且对机器人多手指抓取规划同样适用。     

A mathematical approach to analysis and optimal design of a fixture locating scheme

In manufacturing engineering, localization accuracy is a key concern in the design of a fixture to specify a locating scheme and tolerance allocation. This paper presents a general analysis methodology that is able to characterize the effects of localization source errors based on the position and orientation of the workpiece. From this methodology, a fixture model is formulated by taking into account the overall errors among the system consisting of the workpiece and the fixture in the design of the fixture locating scheme. With this model, the locating principle and a criterion of the robust optimal design are then proposed to improve the localization quality of the fixture. Some examples are provided and allow for a detailed discussion about how to carry out the optimal design of the locating scheme. A comparative study is also made between the optimal solution and the empirical one. Finally, an experiment is made to validate the fixture locating scheme for a cylindrical workpiece. We conclude that this robust design method effectively achieves stable machining precision in workpieces.     

五轴机床旋转轴误差的在机测量与模糊径向基神经网络建模

考虑五轴机床中的旋转轴误差会影响加工精度和在机测量结果,本文研究了旋转轴误差的在机测量与建模方法。介绍了基于标准球和机床在机测量系统的旋转轴综合误差测量方法,采用随机Hammersely序列分组规划旋转轴的测量角位置,通过自由安放策略确定标准球初始安装位置。然后,引入模糊减法聚类和模糊C-均值聚类(Fuzzy C-means,FCM)建立旋转轴误差的径向基(Radial basis function,RBF)神经网络预测模型。最后,进行数学透明解析,从而为误差的精确解析建模提供新途径。利用曲面的在机测量实例验证了提出的旋转轴误差测量与建模方法。结果表明:利用所建模型计算的预测位置与实测位置的距离偏差平均值为9.6μm,最大值不超过15μm;利用所建模型补偿工件的在机测量结果后,其平均值由32.5μm减小到13.6μm,最大误差也由62.3μm减小到18.6μm。结果显示,提出的测量方法操作简单,自动化程度高;模糊RBF神经网络的学习速度快、适应能力强、鲁棒性好,能满足高度非线性、强耦合的旋转轴误差建模要求。     

三坐标测量机基本运动误差的相关性分析

针对三坐标测量机几何误差软件补偿中采用线性插值法推算 18项基本运动误差存在的问题 ,从理论上分析论证了运动构件沿各坐标轴运动时基本运动误差中的直线度误差与转角误差的内在关系 ,对基本运动误差的神经网络建模提供了理论依据。     

夹具三维定位误差的计算机辅助分析

建立了三维定位误差影响加工精度的数学模型。运用矩阵计算法对工件的定位误差进行了计算，并分析了3种典型定位方式下夹具加工工件的定位误差。用实例分析了一面两销定位下工件的定位误差。此数学模型可用于计算机辅助夹具设计的后续精度评价。     

基于反射系数的波导结构不连续位置识别

机械波沿波导结构传播过程中,遇到裂缝、支撑等结构不连续会产生反射和透射现象。基于波幅分解法的反射系数预计结果是不连续位置的函数,只有已知不连续位置的情况下可以准确预计反射系数。提出的广义反射系数模型可以在未知不连续位置的条件下测得反射系数。通过拟合采用两种方法获得的反射系数,可以识别出不连续位置。为了验证该不连续位置识别方法的有效性,以梁为例分别对附加质量和裂缝两种不连续进行位置识别。试验结果表明,位置识别误差分别为0%和0.06%。     

三点法中测头角位置的精密测量方法

研究了三点法圆度及轴系误差测量中测头角位置的精密测量方法。设计了能直接测量非接触电容传感器测头实测状态下的角位置的测角系统,提出了克服测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差影响的校正方法。实验表明：采用本文提出的“多刻线”法测角精度优于1′,测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差对测量精度的影响可降致最小。     

基于敏感度分析的多工位薄板装配过程测点优化设计

提出了一种多工位薄板装配过程测点优化设计方法。该方法利用薄板装配偏差流传递的状态空间模型确定优化设计的目标函数,采用遗传算法实现测点在多工位间坐标位置的优化设计。装配过程实验表明,该优化方法显著提高了测量数据对夹具定位偏差反应的敏感度,有助于在夹具定位偏差产生的早期发现问题,避免因夹具定位偏差引起的产品质量缺陷。