与夹具有关的误差系统

本文讨论与夹具有关的各项几何误差，提出了理想要求对刀原则，定位元件理论正确位置等概念，分析了对刀尺寸、对刀误差的计算方法，并建立了与夹具有关的误差系统。与机床夹具有关的加工误差山，一般可用下式表示：式中△dw──工件在夹具中的定位误差△di──刀具对定位元件的对刀导引（以下简称对刀）误差凸。z——夹具在机床上的安装误差山J——夹紧工件时产生的夹紧误差，一、定位误差凸d。工件在突具中定位，其工序基准在治工序尺寸方向上相对于定位元件的起给基准位置不一致（而不是位置偏移）而引起的加工误差，称为该工序尺寸的定…     

基于变动几何约束网络的公差设计研究

在阐述和完善变动几何约束的定义和分类,变动几何约束网络的生成及其运动学模型的基础上,研究了计算机辅助公差类型的生成规则、方法,公差网络的表示方法,以及公差大小的最优分配方法。给出了基于三维CAD系统的计算机辅助尺寸公差和形位公差综合设计的总体框架和原型系统。实例分析验证了此系统的有效性。     

基于李群的特征和变动几何约束理论基础研究

建立了计算机辅助公差设计的数学基础。首先 ,基于特征几何变动的对称李子群 ,将对称特征划分为 7类 ;然后 ,基于对称特征 ,划分了自参考、互参考和配合变动几何约束 ;最后 ,给出了完全约束的互参考变动几何约束分解规则。本文为综合设计尺寸和形位公差奠定了理论基础     

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.     

基于几何误差不确定性的滚动导轨运动误差研究

产品设计阶段,滚动导轨几何误差是未知的,具有不确定性,其运动精度亦是不确定的。为了研究设计阶段滚动导轨几何误差不确定对其运动误差的影响规律,提出将不确定的几何误差等效为滚动体弹性变形的运动误差分析方法。采用区间参数和小位移旋量描述滚动导轨的几何误差,并采用蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation, MCS)方法进行不确定模拟仿真,获得满足约束的几何误差分布范围。基于此,将滚动导轨几何误差等效为滚动体的弹性变形并根据赫兹接触理论建立滚动导轨的静力平衡方程,从而实现了滚动导轨运动误差的不确定性分析。以某一滚动导轨为例,基于提出的方法分析了滚动导轨几何误差不确定性下其运动误差的分布规律,并分析了不同直线度公差、预紧力以及外载荷对导轨运动误差的影响规律。     

支持并行工程的公差设计与评价研究

基于ISO／TC213的几何产品规范标准中的特征定义，提出了变动几何约束网络概念，并给出了它的运动学模型，阐述了在于该网络的完全约束评价和可装配件评价，引入并行工程的设计理念，将公差评价方法融入公差优化设计过程，研究了面向三维CAD系统的公差设计和原型系统。     

结合POE旋量理论的三轴立式加工中心几何误差建模方法

以三轴立式加工中心为研究对象,提出一种基于指数积(Product of exponential, POE)旋量理论的几何误差综合建模方法。首先根据误差和旋量的几何定义建立3个旋量来表示各个轴的6项基本几何误差元素,综合3个旋量建立各个轴的误差POE模型;其次在POE建模时考虑垂直度误差,根据垂直度误差的几何属性提出获得垂直度误差POE模型的两种方法;此外根据机床拓扑结构确定旋量和相应指数矩阵的相乘次序,建立综合几何误差POE模型。最后在某三轴立式加工中心上进行建模实验,结果表明本文方法足够有效和精确,根据综合误差模型得到数控机床的误差场。     

基于Pro/E的机床组合夹具三维元件库的建立和定位误差的分析

机床夹具设计在机械制造中占有非常重要的地位,而夹具标准元件库的建立和夹具的定位误差分析是计算机辅助夹具设计的重要步骤.主要基于机械辅助设计软件Pro/E,研究了上述两个方面的问题,并且在通常的定位误差分析基础上提出了一种基于空间几何分析的矩阵计算方法.与现行的误差分析方珐相比,该方法考虑了加工表面间的位置误差以及计算工序形位误差,能够分析和表示元件任意点的定位误差,可以作为衡量和改进计算机辅助夹具设计精度的方法和指导.     

夹具定位误差计算

专用夹具设计最重要的一点就是使工件在夹具中的定位误差控制在一定数值范围内。为此,在设计专用夹具时,对定位误差的分析计算显得尤为重要。 定位误差是指工件定位后对加工尺寸造成的误差,并不以工件在夹具中偏离理想位置的多少为准。如图1所示,工件在V形块上定位加工键槽,虽然批量各件在V形块上都不占据理想位置,(沿y方向变动)但x方向上定位误差值等于零。在除x外的任意方向上,都存在定位误差。     

基于工序要求的夹具定位方案规划软件

为提高工件加工的质量,研究面向精加工工序的夹具定位方案自动规划方法,根据工序要求和工件几何特性建立定位基准的选择和评价准则.将工件的加工工序要求转换成设计基准的约束自由度任务,根据几何特性建立基准约束能力评价方法,利用基准的几何类型和位置关系类型评价基准的约束自由度能力.根据基准之间的位置关系建立基准的组合和基准替换方法,解决基准定位能力不足和基准约束冲突问题,在定位能力评价和定位问题解决过程中确定基准的定位点数量和布局.利用UG NX 7.5开发平台和VC++语言,编制基于三维实体模型的夹具定位方案自动规划原型软件,并通过实例进行了验证.     

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。     

接头定位器在装配型架设计中自动选取的研究与实现

阐述了接头定位器在飞机装配型架装配中的定义和表示的概念,根据飞机装配型架设计的几何约束关系,得到基于几何约束不等式方程组和求解不等式方程组的最优解,并将最优解驱动接头定位器在装配型架设计中自动选取.     

Precisely positioning pallets in multi-station assembly systems

In multi-station assembly systems, common for mass-customization manufacturing strategies, the product being assembled is held in a fixture attached to a pallet, and the pallet is conveyed between workstations. In high-precision assembly systems, variation in the position of the pallet is one of the largest sources of variation within the error budget, reducing quality and yields. Conventional approaches to locating pallets use pins and bushings, and a method for predicting their repeatability is presented. This paper also presents an exact constraint approach using a split-groove kinematic coupling, which reduces variation in pallet location by an order of magnitude.     

薄板冲压件焊装夹具设计方法

由于薄板冲压件的易变形性和制造误差特征 ,薄板焊装夹具设计显著区别于普通机械加工工件定位夹具。本文首先介绍了夹具设计的形闭合与力闭合概念、螺旋理论的发展 ,给出了确切定位和完全夹紧条件 ;然后 ,重点阐述了面向薄板冲压件焊装夹具设计的“N- 2 - 1”定位原理和夹具的优化设计方法 ;最后分析了夹具的稳健性设计方法。可以预料 ,采用该方法可有效地减少和控制定位误差的影响。     

Time-varying positioning error modeling and compensation for ball screw systems based on simulation and experimental analysis

Thermal expansion of ball screw systems affects the machining accuracy of machine tools significantly. This paper intends to provide a comprehensive error compensation method for the time-varying positioning error of machine tools. To confirm the thermal deformation mechanism of ball screw systems, experiments have been designed to study the thermal behaviors of a ball screw system under varying temperature conditions. An exponential algorithm is proposed to predict the temperature variation pattern of the ball screw based on finite element analysis, and the actual thermal boundary conditions of the ball screw system are exactly defined according to the proposed algorithm and the experimental results. Then, a comprehensive compensation model is established based on the decomposition of the initial geometric error and thermal error components. Finally, a real-time error compensation system is developed for machine tools based on the function of external machine original coordinate shift and fast Ethernet data interaction, and satisfactory results have been achieved for the compensation experiments on a machining center.     

薄板件焊装仿真零件定位偏差的计算方法

使用数字化匹配技术,可有效缩短新车型的开发周期、降低成本和提高车身装配质量,核心是有限元仿真模型的精度。仿真模型中定位偏差的计算是否正确,直接影响模型的分析精度,夹具偏差和零件偏差是主要影响因素,二者共同决定零件定位偏差。通过对夹具与零件偏差的相互作用分析,给出了零件定位偏差的计算方法,并利用Abaqus软件进行了焊装验证。结果表明,所述定位偏差的计算方法是正确、有效的,为进一步利用仿真分析模型进行公差分析预测,实现设计制造的并行开发提供了必要条件。     

基于多体系统理论的汽车凸轮轴磨削几何误差建模与辨识技术理论研究

针对汽车凸轮轴磨削加工中存在的精度问题,从提高MKS8332A数控凸轮轴磨床几何精度出发,以达到提高凸轮轴磨削精度和加工效率为目的进行了相关研究。运用多体系统运动学理论,分析并建立了该磨床磨削高精密凸轮轴过程的几何误差模型,推导出了该磨床精密加工运动约束条件方程;在多体系统理论误差参数辨识模型基础上,结合球杆仪测量原理所提出的辨识方法,能够很好地对该磨床的几何误差参数进行辨识;在此基础上研究了精密数控指令和逆变凸轮廓形的求解算法、理想数控指令的生成方法、砂轮轮廓误差的计算方法;最后给出了凸轮廓形曲线的拟合方法和刀具路线的计算方法。      

Workpiece locating error prediction and compensation in fixtures

In machining process, fixture is used to keep the position and orientation of a workpiece with respect to machine tool frame. However, the workpiece always cannot be at its ideal position because of the setup error and geometric inaccuracy of the locators, clamping force, cutting force, and so on. It is necessary to predict and control the workpiece locating error which will result in machining error of parts. This paper presents a prediction model of a workpiece locating error caused by the setup error and geometric inaccuracy of locaters for the fixtures with one locating surface and two locating pins. Error parameters along 6 degrees of freedom can be calculated by the proposed model and then compensated by either using the “frame transformation” function of a numerical control (NC) system or modifying NC codes in post-processing. In addition, machining error caused by the workpiece locating error can be predicted based on a multi-body system and homogeneous transfer matrix. This is meaningful to fixture design and machining process planning. Finally, a cutting test has shown that the proposed method is practicable and effective.     

Geometric error measurement and compensation for the rotary table of five-axis machine tool with double ballbar

This paper proposes a novel measuring method for geometric error identification of the rotary table on five-axis machine tools by using double ballbar (DBB) as the measuring instrument. This measuring method greatly simplifies the measurement setup, for only a DBB system and a height-adjustable fixture are needed to evaluate simultaneously five errors including one axial error, two radial errors, and two tilt errors caused by the rotary table. Two DBB-measuring paths are designed in different horizontal planes so as to decouple the linear and angular errors. The theoretical measuring patterns caused by different errors are simulated on the basis of the error model. Finally, the proposed method is applied to a vertical five-axis machining center for error measurement and compensation. The experimental results show that this measuring method is quite convenient and effective to identify geometric errors caused by the rotary table on five-axis machine tools.