基于特征自由度变动的公差综合建模与仿真

针对产品设计阶段规定的装配功能要求,在特征自由度公差表示模型的基础上,利用齐次坐标变换的知识分析并推导了装配功能要求与零件配合特征自由度变动的关系矩阵,通过矩阵求逆的方法得到公差综合仿真等式,由此建立了基于特征自由度变动的公差综合模型。以齿轮泵为例,研究并建立了两齿轮装配后的侧向间隙（装配功能要求）与泵体及齿轮相应配合特征自由度变动的公差综合模型,运用Monte Carlo方法进行了仿真实验,得到各配合特征自由度在公差范围内的变动量及分布统计结果,验证了建立的公差综合模型及仿真方法的有效性和实用性。     

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.     

三维CAD系统中变动孔特征通用生成方法

公差给出了有误差的真实加工零件可以变动的极限范围,然而现有的三维CAD系统无法有效地表示、生成出零件带公差信息的变动体。以孔特征为研究对象,系统地研究了其所有可能的公差要求组合,讨论了孔特征中心轴线可变动范围的快速确定方法。结合给定的不同公差类型,讨论了孔轴线和孔表面变动体生成方法。建立了孔特征变动体生成的数学模型,并给出了实现算法。最后给出了变动孔特征的实现实例。     

考虑形位公差的二维装配公差分析

形位公差是零件形状、位置特征变动的结果.虽然形位特征变动也可对装配的性能产生很大的影响,但是目前装配公差分析的研究主要集中于尺寸公差而很少考虑形位特征变动,迄今为止尚无一种较完善的包括尺寸公差和形位公差的分析方法.本文提出了一种新的基于矢量环装配模型的包括几乎所有形位特征变动的二雏装配公差分析的方法.研究的重点是如何在矢量环装配公差分析模型中实现形位特征变动的描述,这种描述有助于考虑所有变动对于装配的影响从而实现包含形位公差在内的二维装配公差分析.最后给出一个工程应用实例,说明所提出的方法的有效性.     

基于特征几何变动的三维公差综合建模方法研究

针对计算机辅助公差设计中的三维公差综合问题,研究并建立了基于特征几何变动的三维公差综合方法和模型。在机械产品的装配中,将各零件配合几何特征视为刚体,利用刚体在三维空间中六个自由度方向上的微小几何变动所形成的区域来描述三维公差,在此基础上,采用机器人运动学中的齐次坐标变换方法获得各个特征几何变动量的累积关系等式,并通过工程计算中常用的广义逆求解得到装配功能要求与各配合几何特征自由度变动量间的关系,由此建立三维公差综合模型。最后,将本文阐述的方法运用于齿轮泵装配体实例,得到了轮齿侧向间隙要求与各配合特征几何变动量间的三维公差综合模型,从而验证了本文所提方法的实用性和有效性。     

一种基于模糊综合评判的设计方法

提出了一种新的公差分配方法。首先利用模糊综合评判的方法确定特定制造环境下装配体中各零件公差的加工难易程度ζ,然后结合零件公差对装配功能要求的敏感度因子ξ,建立了公差分配的数学模型,最后利用遗传算法求解最优的公差值。     

基于辅助定位接点的装配公差建模

针对现有的装配公差数学模型不能完全表达装配定位接点对零件约束的问题,研究零件定位特征与装配定位接点之间的关系。将装配定位接点的配合类型进行归纳和分类,并以向量方程/不等式的方式表示辅助接点上各种配合对零件运动自由度的约束。得到的向量方程/不等式可以表达辅助接点的几何及公差信息,并用于修正一般的装配公差模型。最后通过该方法在公差分析中的应用实例验证了所提方法的有效性。     

装配体三维公差建模及分析研究

传统的公差分析以平面尺寸链为基础,只能进行尺寸公差的分析,无法考虑形位公差的影响,在零件的制造过程中,受各种加工条件及外界因素的影响,不可避免的存在形位误差,这些形位误差对装配体的功能要求起着重要作用。为了解决此问题,利用雅可比旋量理论建立了装配功能要求与零件公差之间的三维公差数学模型,将该模型融入蒙特卡洛算法中,实现了装配体三维公差统计分析。最后以机床尾座为例,对比了极值法与统计法的分析结果,验证了所述方法的实用性。     

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。     

基于尺寸变动度的装配序列偏差传递模型及质量评价方法

为了准确有效地评价不同装配序列中累积偏差对产品装配质量的影响,建立基于尺寸变动度的装配序列偏差传递模型及质量评价方法,以尺寸变动度所关注的装配特征为目标特征,在构建的装配特征邻接关系矩阵和几何特征公差关系矩阵基础上自动建立偏差传递模型,根据偏差传递过程求解累积偏差确定尺寸变动度。设计人员可据此获得装配质量最优的装配序列,同时可对零件设计公差进行改进。以人造宝石专用加工机床为例,验证了方法的有效性。     

Fuzzy-small degrees of freedom representation of linear and angular variations in mechanical assemblies for tolerance analysis and allocation

Tolerances naturally generate an uncertain environment for design and manufacturing. In this paper, a novel fuzzy based tolerance representation approach for modeling the variations of geometric features due to dimensional tolerances is presented. The two concepts of fuzzy theory and small degrees of freedom are combined to introduce the fuzzy-small degrees of freedom model (F-SDOF). This model is suitable for tolerance analysis of mechanical assemblies with linear and angular tolerances. Based on the fuzzy concept, a new index (called the assemblability index) is introduced which signifies the fitting quality of parts in the assembly. Graphical and numerical representations of tolerance allocation by this method are presented. The goal of tolerance allocation is to adjust the tolerances assigned at the design stage so as to meet a functional requirement at the assembly stage. The presented method is compatible with the current dimensioning and tolerancing standards. The application of the proposed methodology is illustrated through presenting an example problem.     

基于模糊神经网络产品设计的可装配性评价

首先建立了基于模糊神经网络的可装配性评价模型,然后将产品的可装配性分为零件级可装配性和装配顺序级可装配性,并将影响零件可装配性的因素分为零件装配特征的对称性、零件易于装配的形状特征个数、零件易于识别和零件易于抓取的形状特征个数,将影响装配顺序可装配性的因素分为总的操作数．非装配操作、装配工具的更换次数、平行的装配任务的数量、基础件的重定向次数和装配方向,建立了评价指标体系。最后将评价模型应用于某产品可装配性的评价。     

面向机器人装配的产品装配特征

基于机器人装配的特点 ,从 3个方面描述了产品的装配特征 ,将产品的装配特征表达为零件级特征、关联功能级特征和工艺级特征 ,据此特征可便利地进行产品的装配规划和可装配性评价。介绍了产品装配分析系统的结构框架 ,它可为后续生产活动提供信息。     

尺寸公差与形位公差混合优化分配

为解决尺寸公差与形位公差混合优化分配问题,提出了一种公差优化分配方法.根据成本-公差函数和尺寸公差与形位公差的关系,建立了以最小制造总成本为目标的非线性公差混合优化分配模型.该模型的约束包括装配尺寸链的功能要求和加工能力.求解该模型能同时得到优化的尺寸公差和形位公差.最后,分别用公差混合优化分配法和传统方法对一个实例进行公差分配,结果表明所提方法比传统方法更优越.     

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。     

并行公差设计与工艺路线技术经济评价方法

在界定并行公差设计概念的基础上,首次系统地给出了以总加工成本最小为目标函数、以装配功能要求、加工方法选择、加工余量公差、经济加工精度范围等为约束条件的优化数学模型,该模型能够对工艺路线进行一定程度地定量技术经济指标评价;论证了该模型是个非凸规划问题;最后给出了并行公差设计的一个仿真实例.     

CAD系统中并行公差的建模方法

提出一种基于产品设计与制造、支持公差工程语义和并行公差的几何公差计算机辅助建模表示新方法。在CAD系统中，进行装配公差和零件制造公差建模，利用特征的几何公差结构块，求出各种公差带的空间表示函数，计算有关公差带在三维空间中相应自由度的允许变动量，为公差分析和综合提供实用的模型。用工程实例验证了所提出的方法。     

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。     

Optimal tolerance allocation for precision machine tools in consideration of measurement and adjustment processes in assembly

The high geometric accuracy requirement of precision machine tools represents a challenge for tolerance design and assembly process planning that guarantee the final assembly accuracy. Component tolerances should be allocated in association with assembly processes. However, tolerance design and assembly process planning are usually considered separately and lack quantitative analysis. In this paper, to integrate the geometric tolerance of components and variation propagation in assembly process, a state space model is developed. The measurement and adjustment process are expressed as observation matrix and control inputs. An optimal control problem is formulated to determine the adjustment process in consideration of the loss of final assembly accuracy and costs of remachining adjustment process. Tolerances of components can be optimally allocated based on the variation propagation in this deterministic assembly process. The generality and effectiveness of this approach are validated by applying the model on a four-axis horizontal machining center.     

基于宽容分层序列法的飞机装配公差稳健设计技术

飞机制造中由于工序能力指数和公差等设计变量存在变差,可能导致无法满足飞机装配质量要求以及制造成本波动较大的问题。运用稳健设计方法建立了飞机装配公差的可行稳健性和敏感稳健性两类设计模型。可行稳健设计考虑了公差等设计变量对装配可行性的影响,使其变差不影响装配功能的实现;敏感稳健性设计则考虑了公差等设计变量对制造成本和装配质量的影响,在目标成本较小的前提下使得目标成本和装配质量受设计变量变差的影响最小。提出了针对飞机装配公差可行敏感稳健设计的多目标优化问题的宽容分层序列求解算法。将公差设计中制造成本、装配质量波动、制造成本波动多个设计目标按照重要性依次排序。首先求解成本最小情况下的公差一般优化解,然后在成本最小值的宽容约束下,求得具有装配质量波动最小值的公差,最后在上述两个优化目标的宽容约束下,求得成本波动最小的最优公差。应用实例和分析结果表明了方法的有效性。  