基于蒙特卡洛模拟与响应面方法的公差建模

针对现有机床精度设计方法实用性不强的问题,提出了一种基于蒙特卡洛模拟与响应面方法的公差建模方法。采用基于数学定义的公差分析理论建立公差的变动不等式与约束不等式;运用蒙特卡洛模拟法进行仿真试验,模拟实际公差表面的变动,生成公差变动要素的实际变动区间;以公差与试验得到的公差变动要素实际变动区间带宽值为建模样本,运用响应面方法建立两者间的响应面模型;对一个典型实例进行分析,分析结果表明,该方法符合工程实际,具有较高的建模精度及技术经济性。     

基于齐次坐标变换的统计装配公差建模

基于新一代产品几何规范与认证体系,研究了基于齐次坐标变换的统计装配公差建模方法。将装配有向图改进为装配体几何关系图,图象化地表达与装配公差有关的关键特征及特征间的关系。用三维向量和齐次坐标转换矩阵来建立能够表达主要装配定位连接和辅助装配定位连接信息的装配公差传递模型。以实际零件为随机自变量,以该装配公差传递模型为映射函数,建立了统计装配公差分析模型。给出了该方法在公差分析中的应用实例。     

基于状态空间模型的精密机床装配精度预测与调整工艺

在精密机械装配过程中,整机装配精度保障不能仅通过零件公差设计,还必须通过测量与调整等装配工艺共同实现,因此需要建立装配过程偏差传递预测与控制的数学模型,定量描述装配调整工艺对最终整机精度的影响。运用微分运动矢量作为各装配工序误差状态的统一表达方式,构建了零件公差模型、几何特征测量结果与装配过程偏差源数学表达的对应关系,提出了描述精密机床装配过程中关键几何特征变动、特征测量、调整的偏差传递状态空间模型。基于该模型,根据当前装配工序偏差与装配调整工艺对整机精度的影响规律预测,确定本道工序装配调整策略,从而保障整机装配精度。最后以精密卧式加工中心为对象进行计算分析,验证了该建模方法的有效性。     

基于3DCS的RV减速器静态装配公差分析及优化

基于提高RV减速器装配成品率,结合其装配尺寸链设计零件公差,运用CATIA对RV减速器进行三维建模。运用三维公差分析软件3DCS给零件添加相关尺寸公差和几何公差,设定测量参数偏心距和齿侧间隙,模拟实际静态装配过程建立3DCS公差仿真模型,对零件公差进行优化和敏感性分析。优化后回差为0. 25′～1′,满足回差要求,摆线轮与针齿之间间隙≥0. 001 mm,且敏感性分析结果对RV减速器的零件公差设计有一定参考价值。     

基于JSS矩阵的装配精度分配方法

采用小位移旋量描述结合面误差,分析了典型结合面的误差传递属性。定义了结合面的信息集成表达符号,结合多色集合理论,建立了描述装配关系、结合面类型、结合面误差传递属性的结合面符号矩阵,进而提出了装配误差传递路径的搜索方法。分析了结合面间的关系对误差传递的影响,建立了结合面的实际误差传递属性矩阵,获取了各误差分量的传递路径,明确了影响装配体精度的关键误差分布。根据多体运动学原理建立了装配体误差模型,结合装配体精度要求进行了结合面精度分配,进而实现了结合面相应几何要素的精度分配。为正向公差设计与装配过程精度控制提供了依据。最后通过实例分析,验证了该方法的可行性与实用性。     

考虑形状偏差的公差多面体建模与分析

采用理想表面模型或未考虑形状偏差进行公差建模与分析往往导致零件装配产生干涉风险或装配精度得不到保证。针对该问题，首先基于半空间和多面体的定义将零件特征几何偏差以向量的形式表示，根据尺寸公差带约束构建了零件层的公差多面体不等式组。其次，以理想表面构建装配层公差多面体不等式组，通过使用装配优化函数对装配接触面参数进行调整，将形状偏差纳入公差模型中，从而构建了基于非理想表面的公差多面体不等式组。最后，以铣刀座装配体进行了实例研究，建立了该装配体的各偏差传递路径的公差多面体凸包，并使用闵可夫斯基和依次求解，然后进行交集运算得出目标环偏差值；手工调整公差值并重新计算，直至分析出的目标环偏差值满足初始精度设计需求。     

装配体公差建模方法研究

为实现装配体公差建模,即在计算机中表示装配体的装配关系和零件本身的公差属性,提出一种综合建模方法,该方法将装配关系模型和零件公差模型相结合.装配关系模型包含父子装配单元之间的从属关系、装配单元之间的约束关系;零件公差模型采用基于关键特征和有向图的建模方法.并结合实例进行了分析验证.     

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。     

一种面向可装配性的公差分析方法

基于新一代产品的几何技术规范,分析了装配体的几何信息构成,给出了基于自由度分析的变动域建模原理和变动域-SDT(small displacement torsor)映射关系,采用齐次坐标变换描述了特征几何变动在装配体中的传播和累积,建立了包含零件公差信息和装配间隙信息的装配公差累积模型;构建了公差回路的矩阵表达式,用两个简单装配公差分析实例说明了零件可装配性条件及分析过程;最后以一个工程计算分析实例验证了方法的正确性。     

基于机器人运动学的三维公差累积建模研究

运用机器人运动学中机械手的微分运动与各关节位置微小变动间关系的求解方法,进行三维公差的累积建模研究.讨论了三维公差的特征自由度表示,在运动坐标系基础上建立三维公差的雅可比传递矩阵累积模型,并用矢量积法得到各自由度变动对关键特征变动的雅可比传递系数矩阵.最后给出一个装配体计算实例,所得结果定量地表示了各配合特征各自由度累积对关键特征空间位置及方向变动的影响,反映了三维装配中零件公差累积情况,可以为进一步的尺寸及形位公差设计提供约束方程.     

Applying the Coordinate Tolerance System to Tolerance Stack Analysis Involving Position Tolerance

Geometric dimensioning and tolerancing (GDT) has been playing an important role in specifying the geometry of part features during the product design stage. Tolerance stack analysis is then used to study the conformity of the parts to the tolerance zone. Performing stack analysis is time consuming because geometric tolerances are complex to compute. This paper presents a technique to formulate the bonus and shift tolerances (due to positional callout) and convert them to equal bilateral expressions as in a coordinate tolerance system. An example is used to demonstrate the effectiveness of the expressions. The usage of the expressions is less conceptual and this makes the application simple and direct. Most importantly, the results are shown to be accurate and reliable.     

计算机辅助公差设计一致性的评价工具--软件量规

在漂移模型，虚拟边界要求，条件公差理论以及ＩＳＯ和国家标准的公差原则基础上，给出可用于孔轴类零件公差一致性验证的软件量规数学等效式。为基于约束的参数化ＣＡＤ系统中，计算机辅助公差设计的评价提供了理论依据，对促进ＣＡＤ／ＣＡＭ集成，特别是并行工程的发展具有重要的科学意义和应用价值。     

公差原则的分析和形位公差的计算

介绍了公差原则的定义、特征及其应用实例.基本尺寸相同的轴,按不同的公差原则标注形位公差时,其轴线允许的直线度误差各不相同.为产品设计时确定尺寸公差和形位公差作技术准备,为产品的加工和检验提供理论依据.     

公差课程中尺寸公差教具研制

随着新技术新材料不断地更迭,自制工科教具设计越来越丰富,涌现了一批批具有创新实用性的自制工科教具。本论文设计了一种用于教师在公差课程中教学使用的教具。通过更换不同基准制的尺寸配合块以进行实验分析,研制出相对完善、可涉及日常公差教学中使用的尺寸公差教具。设计内容主要包括间隙、过盈两种配合方式在零部件装配时的效果展示,感受细微尺寸变化所带来的影响,对于理解尺寸公差概念有着显著的提升作用。     

Theoretical Tolerance Stackup Analysis Based on Tolerance Zone Analysis

In this paper, both dimensional tolerance stackup and geometrical tolerance stackup in one-, two-, and three-dimensions are theoretically analysed. The tolerance analysis in this study is based on the analysis of tolerance zones. The manufacturing errors are classified into two general types, locating errors and machining errors. Generative formulation of tolerance stackup is explored. A simulation example of 3D geometrical tolerance stackup is illustrated.       

Process Tolerance Control in a 2D Angular Tolerance Chart

The main tasks of tolerance charting include the identification of dimensional chains, the calculation of mean working dimensions, and the allocation of proper tolerances to the working dimensions for all machining cuts. When an angular featured component is involved, tolerance charting becomes very difficult because the axial dimensions are interrelated with the radial dimensions due to the angular feature. The purpose of this paper is to accomplish the above three tasks in a 2D tolerance chart, constructed for a component with an angular feature. With the algebraic method, the reverse chain matrix, which contains the reverse tolerance chains, is obtained first and the mean working dimensions are determined from the reverse chain matrix. The forward chain matrix for the forward tolerance chains is then obtained by inversing the reverse chain matrix. Thereafter, by using the forward chain matrix in a linear programming model, the tolerances are optimally allocated to the working dimensions. A numerical example is given in the paper. ID="A1" Correspondence and offprint requests to: Dr P. Ji, Department of Industrial and Systems Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong. E-mail: mfpji@po-lyu.edu.hk     

基于公差原则的位置度误差的评定

机械零件的位置精度是零件加工的主要质量指标之一,通过控制加工零件的关联实际被测要素对基准在位置上的变动量,可以确定位置精度要求。在机械类产品的被测要素和基准要素上都应用公差原则,能在提高可装配性的前提下,扩大了被测要素公差带的范围,降低制造成本。目前对于位置度误差的评定模型的研究大多着眼于一般参考基准,而较少涉及有公差原则的参考基准。对花键轴基准要素有最大实体要求,被测要素有最大实体要求、可逆要求的位置度公差(简称M-MR位置度公差)的数学评定方法进行研究。根据M-MR位置度公差的工程语义,分析实际量具的几何特性及其在合格性评定中的使用过程,提出位置度误差合格性评定的数学方法。     

一种设计和工序公差计算机辅助并行设计方法的研究

提出一种计算机辅助设计公差和工序公差并行设计的数学模型，以成本公差函数作为目标函数，以装配功能要求、加工方法、加工余量、工序制造公差范围作为约束条件，并用蒙特卡洛法模拟尺寸装配、模拟退火算法用于优化求解，实现了设计公差和工序公差并行设计，缩短了设计周期。     

基于装配关系的公差库建立及在容差分析中的应用

飞机制造过程中,零件的制造误差、工艺方案的合理性、部件间的协调都直接影响着产品的制造精度和可制造性。通过VSA容差分析软件,建立仿真分析模型,基于零件的基准、公差值和相应的装配工艺流程进行仿真,分析同类零件在不同定位装配方式时零件制造误差对装配控制目标的影响,然后结合生产能力及仿真分析所得数据形成公差库文件,为优化工艺方案提供依据。结合实际生产数据对公差库文件进行迭代更新,积累生产经验,为后续架次及新机型提供支持。     

关于虚公差问题的研究

提出虚公差概念,指出虚公差的意义。在虚公差概念的基础上提出解算带补偿件的尺寸链的概率法,解释了国际GB5847－86为什么对有补偿件的尺寸链不推荐“概率法”的原因。从理论上证明了虚公差概念,对于带补偿件的尺寸链能用概率法来计算,从而为计算机辅助设计装配尺寸链提供了理论依据,同时大大简化了计算机辅助设计装配尺寸链。