元动作装配单元误差源及误差传递模型研究

机械产品装配误差源和误差传递规律分析,是装配精度预测与控制的前提工作。在对数控机床进行结构化分解至元动作的基础上,提出了元动作装配单元的概念。针对元动作装配单元层面影响装配质量的因素,将装配过程的误差源分为位置误差、形状误差、装配位置误差等五类误差源;建立各类误差源及其误差评价的统计模型;分析误差在零件间、零件内两特征间的传递和相互作用,构建误差传递链图、误差传递网络对五种误差源与配合误差进行形象化表达。综合误差传递链接图,建立面向整个产品误差传递及装配功能表达的装配误差网络图模型,为方便误差传递网络图中各类误差传递模型的计算与存储,又进一步构建了面向整个产品装配误差传递的链接矩阵。以某加工中心连续分度转台蜗杆转动元动作装配单元装配为例,验证误差源表达和误差传递模型的有效性。     

基于JSS矩阵的装配误差传递路径求解方法

采用小位移旋量描述结合面误差,分析常见装配结合面的误差传递属性。定义包含工程语义的结合面符号用以描述结合面类型和配合关系。结合多色集合理论,建立可描述装配关系、结合面类型和误差传递属性的结合面及误差关系围道矩 阵-结合面符号(Joint surface symbols,JSS)矩阵。提出基于JSS矩阵的装配误差传递路径搜索方法,建立结合面实际误差传递属性矩阵,讨论获取各误差分量传递路径的方法。针对并联误差传递路径的不确定性问题,提出以精度最高作为判别有效误差传递路径的依据,基于雅可比旋量理论建立误差模型,获取与装配体精度要求相关的误差分量的有效误差传递路径。以一个典型装配体的误差传递路径求解为例,验证了论文研究方法的可行性与实用性。     

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。     

识别平面多杆混合驱动机构的元桁架消去法

对于平面2自由度九杆机构,混合驱动机构的识别是其研究与应用的难点.文中提出了一种基于消去元桁架的混合驱动机构判断方法.先确定一个原动件,然后通过消去元桁架得到原动件组合,在此基础上根据连架杆和非连架杆判断准则确定混合驱动机构.以七杆机构为实例,验证了该方法的有效性.最后将该方法运用于平面九杆机构,以机构的3种自由度类型为基础,考虑连架杆输出和非连架杆输出两种情况,分别得到10种和33种混合驱动机构,为平面九杆混合驱动机构的分析与设计打下了基础.     

并联机床不同位形下的运动精度评价指标

以6自由度6TPS型并联机床为模型,推导出机构输入和输出的误差传递方程,分析了单个支链和整个系统的误差传递情况。利用雅可比矩阵的奇异值分解,得到影响位形精度的三个误差敏感性指标,即误差综合敏感度、误差绝对敏感度和误差方向敏感度。定义了综合误差系数和综合误差度,并以此作为评价不同位形运动精度的指标。最后,利用一台实际的并联机床,对不同加工轨迹的运动精度进行了评价,确定最优的加工轨迹。     

面向数控机床装配精度预测的元动作误差建模技术

装配是保证产品质量的重要环节,而装配精度是装配过程的重要度量指标。为预测数控机床最终装配精度,利用"功能-运动-动作(Function-Movement-Action,FMA)"的功能分解原则对机床的装配过程进行结构化分析,将机床分解至基本动作单元-元动作;构建基于元动作的装配误差传递层次架构图,清晰地表达了各装配单元间的装配关系及几何特征之间的逻辑关系;以几何特征误差在装配过程中的传递与积累为基础,构建多层次状态空间模型预测数控机床最终装配精度;以某数控加工中心的Z轴进给功能装配单元为例,验证了该方法在机床装配误差预测中的可行性。     

基于Abaqus的体壳单元组合建模研究

在体壳单元组合有限元模型中,由于实体元与壳元的自由度不同,使得转动自由度不连续,计算结果往往与实际偏差很大。 Abaqus中提供了一种多点约束法来实现三维实体元与壳元正确联接,阐述了其原理,并通过实例对两种单元联接参数设置的不同进行结果对比,给出了合理的处理方法,为有限元分析中体壳单元耦合及模型简化提供指导与借鉴。     

用计算机几何技术求解多自由度平面机构的运动

综合采用计算机辅助几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术，构造一些典型的多自由度平面连杆模拟机构。给定每个输入件的驱动尺寸，确定输出件被驱动尺寸，求解输出运动杆件位姿。利用CAD软件的记录功能，得到机构输出杆件位姿数据。用Excel软件拟合位姿数据，得到每个输入件驱动尺寸与输出件被驱动尺寸位姿拟合曲线和拟合方程。求解了机构输出件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，该方法简捷直观、求解精度高、重复性好，而且可以完成复杂机构和多自由度机构的运动分析，为机器人和复合运动机构的运动分析提供更有效的工具。     

基于贝叶斯网络推理的数控机床元动作装配情景异常识别

针对机床的机械故障频发且装配因素难以识别的问题，提出了基于贝叶斯网络的机床装配情景异常推理识别方法。以机械零部件多尺度运动分析为切入点，建立了机床功能-元动作的多尺度映射模型，利用故障模式及影响分析(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)方法建立了机床元动作单元关键装配情景构成模型。基于装配情景构成模型建立了元动作单元装配情景的贝叶斯网络结构，利用证据推理法实现了元动作单元装配情景异常概率的智能推理。以蜗轮转动元动作单元为例，构建了蜗轮转动单元装配情景初始贝叶斯网络，获取了蜗轮转动元动作输出的异常概率(由装配因素引起)为2.35%;以蜗轮转动故障为起点进行了贝叶斯网络反向推理，识别出导致蜗轮转动故障的各装配情景异常概率。元动作装配情景的异常识别为实现机床故障装配因素的追溯提供理论依据。     

基于螺旋理论的三棱锥折展机构构型综合与组网

研究折展单元机构构型综合对于可展开天线机构创新设计具有重要意义。根据三棱锥折展单元机构多运动输出期望公共运动和期望同步运动自由度要求,基于螺旋理论约束综合法,完成机构公共运动和耦合同步运动支链的构型综合,获得了多种基本折展单元构型,并结合应用实际确定一种优选三棱锥折展单元机构。根据3RR-3RRR单元折展机构的组网方式和组网运动的要求,采用螺旋理论进行了运动副的构型设计和优化,综合出一种具有耦合自由度的高刚度三棱锥折展单元组网机构。所采用的构型综合方法实现了螺旋理论约束综合法在折展机构构型综合中的应用,为具有多运动输出部件耦合运动要求的机构综合研究提供参考。综合得到的机构适用于星载构架天线反射器等空间曲面支撑类机构应用需求,具有广泛的应用前景。     

机械传动系统运动精度优化分配新方法

为对机械传动系统的运动精度进行合理分配,结合元动作理论,提出了一种机械传动系统运动精度优化分配新方法.首先利用"功能运动动作"结构化分解树对机械系统进行结构化分解,得到基本的元动作和元动作链;然后以元动作链为研究对象,分析运动精度形成机理,建立运动误差传递模型;考虑成本因素和运动误差灵敏度因素,建立了成本函数和鲁棒性函...     

Precision design for machine tool based on error prediction

Digitization precision analysis is an important tool to ensure the design precision of machine tool currently.The correlative research about precision modeling and analysis mainly focuses on the geometry precision and motion precision of machine tool,and the forming motion precision of workpiece surface.For the machine tool with complex forming motion,there is not accurate corresponding relationship between the existing criterion on precision design and the machining precision of workpiece.Therefore,a design scheme on machine tool precision based on error prediction is proposed,which is divided into two-stage digitization precision analysis crucially.The first stage aims at the technology system to complete the precision distribution and inspection from the workpiece to various component parts of technology system and achieve the total output precision of machine tool under the specified machining precision;the second stage aims at the machine tool system to complete the precision distribution and inspection from the output precision of machine tool to the machine tool components.This article serves YK3610 gear hobber as the example to describe the error model of two systems and basic application method,and the practical cutting precision of this machine tool achieves to 5-4-4 grade.The proposed method can provide reliable guidance to the precision design of machine tool with complex forming motion.     

基于传动性能的齿轮传动系统精度模糊优化设计

利用并行工程和图论的相关理论,将齿轮传动系统中各个零部件之间精度设计的关系联系起来,建立了关系模型;以齿轮系统传动性能的要求作为零部件精度设计的主要设计目标,通过将系统各个零部件的误差进行归一化处理,推导出影响齿轮传动性能的齿轮转角误差,并将从输入轴到输出轴上的所有齿轮副及其零部件综合构成的传动链误差作为目标函数,利用模糊理论将各项经验参数进行模糊量化处理,把各精度的限制性条件和加工工艺成本作为约束条件,进行优化设计,获得最佳的零部件精度组合和准确的传动性能参数,指导传动系统设计.     

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。     

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。      

基于智能水滴算法的装夹规划方法

针对计算机辅助工艺设计中的装夹规划问题,提出一种基于智能水滴算法的装夹规划方法。通过对加工特征进行分析来定义零件的操作单元及其约束关系,构建装夹规划的模型。将零件的各个操作单元与智能水滴算法中流动路径的各个节点相关联,利用水滴所携带的泥土量来表征操作单元之间的相似度,以此来构建智能水滴算法的适应度函数。在经过操作单元顺序约束矩阵所筛选出的可行解空间内进行迭代求解,通过水滴多次冲刷路径中的泥土量来筛选最优解,解码后获得了最优的装夹规划方案。以典型零件的装夹规划为例,验证了该方法的有效性和可行性。     

装配误差传递建模及其精度可靠性评估

研究了刚体零件的装配误差建模以及装配精度可靠性评估方法。将零件误差分成位置误差和方向误差,并采用误差矢量加以描述。综合考虑尺寸误差和形位误差,将装配过程误差分成零件内误差和配合面误差,给出主动配合面和被动配合面的定义。针对典型配合面类型,分析误差组成及其计算方法。采用位姿变换矩阵法建立装配误差模型,分析误差在零件内部以及配合面间的传递过程,计算装配总误差并据此确定装配误差的概率分布。给出装配精度可靠度的定义,通过仿真获得装配精度的可靠度指标。以某测量平台的装配过程为例,完成装配过程误差分析和装配精度可靠度评估,验证模型的有效性。     

基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法

零部件几何误差耦合而成的机床空间误差是影响其加工精度的主要原因,如何确定各零部件几何误差对加工精度的影响程度从而经济合理地分配机床零部件的几何精度是目前机床设计所面临的一个难题。基于多体系统理论,在敏感度分析的基础上提出一种识别关键性几何误差源参数的新方法。以一台四轴精密卧式加工中心为例,基于多体系统理论构建加工中心的精度模型,并利用矩阵微分法建立四轴数控机床误差敏感度分析的数学模型,通过计算与分析误差敏感度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差。计算和试验分析表明,该方法可以有效地识别出对机床综合空间误差影响较大的主要零部件几何误差因素,从而为合理经济地提高机床的精度提供重要的理论依据。     

[可靠性建模及试验技术]基于元动作模块的多轴数控机床精度分析

为充分发挥多轴数控机床大数据的价值,降低运动精度的预测难度,提出了基于元动作模块的精度分析方法。采用多体模型描述机床运动系统的结构和运动关系,利用旋量理论和微分方法推导了用于运动精度评价的坐标误差模型;规划了多轴数控机床大数据驱动的精度分析的结构框架,并重点论述了以元动作模块为基本组成单元的分布式元动作数据库的构建方法,该方法充分发挥历史大数据和实时动态数据的价值,保证了机床运动系统的仿真和精度预测的稳定性与准确性。通过对五轴联动加工中心的刀具运动系统的实例分析,验证了精度分析方法的简便性和适用性。