（机械设计及理论专业论文）面向装配的综合模块建模方法研究.pdf

长春理工大学硕士学位论文原创性声明 奉凡瓤重声明：所呈交的硕士学位论文，面向装配的综台博块建模厅法研 宽是本人在指导教师的指导下独立进行研宄工作所取得的成果除趸中已经 注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品 成果对本z 的研宄做出重要贡献的个人和集体均己在文中以明确方式标叫 率人亮全毒识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名 彭毫也 弘i f 年；月f 日 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师克全了解“长春理工大学硕士、博士学位论z 版 权使用规定_ 同意长春理工大学保留并向中国科学信恳研宄所，中国优秀博碗 士学垃论文全文数据库和c n k i 系列数据库段其它国家有关部! 或机构选z 学 位论z 的复印件和电子版花许论之被查阅和借阅，本人授权长春理工大学可l 将本学_ 立沦文的全部或部，玎内容编八阿苌数据库进r i 检索也可采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编学位论z 、 作者签名 导师兰甚 结氆 邋 f 7 年；月of 弘f7 年 局f 】 摘要 脏拟制造技术址未柬f 年先进制造技术发展的方向。伴随着科学技术的川新】片， 催促酋i 乜畸软、硬件技术的提玎。虚拟环境r 的虚拟制造年虚拟装配等删芙技术郝搦 盟了长足的发展。成拟产品”发技术垃m 要的个单元是虚拟装配，其奉_ 作为虚拟 制造巾成本虽岛，技术含量最重的个环耵，越束越得到了研究者的青睐和重视。 术空在虚拟装配相关理沦和技术的媾础：对虚拟装配q 的公差建模理论和关键 技术进行了研究，完善了公尊元信息。其t 1 ，时产品的零件信息和装配信息模型进行了 潍入的探讨和甜f 究，mv b 语高丌笈和建起个数拂博，泼数据库宴现了随时添d l l 、 修改、删除和矗潮等功能方便川户随时渊i j 和查看。通过键装配和齿轮装配t lz 的 线度和圆柱度公差的分析，d c f o r m 软件r p 进行虚拟仿真，计考虑到多种影i 响i 州豢，衄 后都u 结到刀真的蛙差补偿t 从而减少实际加工中公差的影响同时在装n 山f 列的 1 枷i ! l ，少计- 研究了城配过科i ，的仿真技术。 最后以光电编码器装配体为实例进 r 虚拟装配仿真，提取i 1 实际的轮廓公芹值。 相- m a l i a b 中进行数值i ；b x , r 口j 以清楚的反映 实际装配一 - 公差的变化和影i 讯 关键词：d e f o r m v b 数据库公差元 直线度圆柱度 a b s t r a c t v i r t u a l m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y i st h ed i r e c t i o no fa d v a n c e d m a n u t h c t u r i n g t e c h n o l o g yi nt h en e x td e c a d ew i t ha d v a n c e si ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g y u r g e dt h ec o m p u t e r s o f t w a r ea n dh a r d w a r et e c h n o l o g i e st oe n h a n c ev i m u a le n v i r o n m e n t ss u c ha sv i n u a i m a n u f b e t u r i n ga n dv i r t u a la s s e m b l yt e c h n i q u e sh a v eb e e n r e l a t e dt o r a p i dd e v e l o p m e n t v ir t u a la s s e m b l ? i sav i r t u a l p r o d u c td e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y c e l l t e c h n o l o g y v i r t u a l m a n u f a c t u r i n gi t so w nc o s ta st h eh i g h e s tt e c h n i c a lc o n t e n to f t h em o s ti m p o r t a map a r t h a s b e e nm o r ec o n c e r na n da t t e n t i o no fr e s e a r c h e r s i nt h i sp a p e nt h et h e o r ya n dt e c h n o l o g yo fv i r t u a la s s e m b l b a s e do nt h et o l e r a n c eo f t h ev i r t u a la s s e m b l ym o d e lt h e o da n dk e t e c h n o l o g yr e s e a r c hi m p r o v et h et o l e r a n c eo l m e t a i n f o r n l a t i o ni nw h i c ht h e p r o d u c ti n l b r m a t i o na n da s s e m b l y i n f o r m a t i o nm o d e l c o m p o n e n t sc o n d u c t e dd i s c u s s i o na n di n d e p t hs t u d yb yt h ev bl a n g u a g ed e v e l o p m e n ta n d b u i l dad a t a b a s eo fr e a l i z e da ta n ) 一t i m ea d dm o d i 每d e l e t e a n dq u e l ) f u n c t i o n st of a c i l i t a t e t h eu s e r st oc a l la n ds e e t h r o u g ht h ek e ya s s e m b l ya n dg e a ra s s e n t h l ya n dt h ec y l i n d e r s t r a i g h t n e s st o l e r a n c ea n a l ? s i s t h ei ) e r l r m 、i r t u a ls i m u l a t i o ns o f t w a r et a k i n gi n t oa c c o h n l w t r i o u sf a c t o r sa n di i n a l l 5c o l l i e sd o w nt ot h et o o le r r o rc o m p e n s a t i o nl - h e r e b yr e d u c i n g t l ei m p a c to ft h ea c t u a lp r o c e s s i n go lt o l e r a n c e “h i l ei nt h ea s s e m b l ys e q u e n c eb a s e do n s o m eo f t b ea s s e m b l yp r o c e s ss i m u l a t i o nt e c h n o l o g y f i n a l l y t h eo p t i c a le n c o d e ra s s e m b l ya sa ne x a m p l e ，t h ev i s u a la s s e m b l ys i m u l a t i o n ，t o e x t r a c tt h eo u t l i n eo ft h ea c t u a lt o l e r a n c ev a l u ei nm a t l a b n u m e r i c a lc o m p a r i s o nc a n c l e a r l yr e f l e c tt h ea c t u a la s s e m b l yo lt h ec h a n g e sa n di m p a c tt o l e r a n c e k e 、w o r d s ：d e f o r mv bd a t a b a s et o l e r a n c ee l e m e n ts t r a i g h t n e s sc ) l i n d r i c a l 目录 摘要 a b s t r a c t 目录 第一章绪论 11 引言 1 2 国内、外l 酊向装配公差建模方法的研究现状 l - 3 面向装配的公差建模方法的综述 l 4 课题研究的目的和意义 1 j 本论文的主要研宄内容 16 论文的组织结构 第二章公差建模的系统研究 21 公差建梗研究 22 公差元的实例分析 23 机床加工精度的研究 24 刀具建模 25 实例分析 26 本章小结 第三章虚拟环境下直线度公差的模型仿真 3 】直线度公差数学建模的理论基础 32 各因素影响误差的仿真 ： 3 误差的综台和综合误差的仿真 34 本章小结 第四章面向装配的公差模型的信息表达 41 数据库设计的理论基础 42 面向装配公差建模方法的信息组成 43v b 开发数据库 44 本章小结 第五章各零件的信息链接与公差建模装配 5l 光电编码器三维模型的创建 j2 虚拟环境下零部件的动态装配 j3 装配过程中公差的表逃 54 本章小结 总结及展望 总结 展望 致谢 参考文献 碗士期问发表的论文 附录 旧懈体憎盟孔“盯凹甜m黼惦们们惦盯船 第一章绪论 1 1 引言 装配是产t 协生命捌期l i 的重婪环h ，片f 益成为影响，“t 仙性能、质量、川发j _ ! ；j 期和成本的卜要因索之。在现代制造业中，装配工作量占挫个产品生产_ _ i ：= 作链的 ：2 ( 1 7 0 ，平均为4 5 。h 前，我h n ：机电复杂系统原胖设计方| 1 i i 取得了重人_ 突 破，m 工程化水f 还显得较为落后。川现代i 5 l 计技术改造和提纠复杂机电系统胛 七没汁力法和水乎，赴解挟这m 题的兕键1 【。1 。 12 国内、外面向装配公差建模方法的研究现状 传统的儿何建模和先进的特自i 建横都是基十产品的零件缴不能表达硐l 存储装 配体组成部分之州的枷皿关系闲此都不支持并行t 程f 的- 叮装配性设计。装配建 馍要求 i ij l i n 建模和特征连模的堆础1 ，提供在计算目l l l , 表选和存储部件之蚓村l l 关系的方法，不仪能埘啦个零什进行件价也能通过装配件之川的o l 位置、配台、 联结等芙系进 r 碰撞榆盘，公差特陛榆盘，i 乜特性分析，娃4 i 装日d 序列t 实现黻州 分析。装配建模是装配设计的雨要组成部分。 121 国外面向装配公差建模方法的发展现状 现代j r 放的r l i 场受人为l n 索的影响越术越小丁，再个行业的竞争也越来越馓烈， 追连最大利益化的h 时就是降低成水，就机械制造行业而者，全世界最大的制进业f ；】； 集t 1 1 在发胜t 目家，m 核心技术的删订者却是发达国家。 1 4 家的强大需要先进的制世 业作为点撑，也是必经之路。在这种人环境下，制造业从实体模型向虚拟模鸭发腱， 北虚拟环境f 就已经对样机进行丁性能洲试，先成了制造前的准备i 作儿；p 尤为弧 理的是皱配公蓐建模，x t 装配性能影i 帆最人。 诅今【l 上界已经形成l ，政府、，m 业抖、人学组成的多层次、多方位的综台研究 开发力! # 。l l ! 如l l l8 r in i v a r 孽f h 州传统小同的拆卸分类，j 法将接机装配体的_ _ l = 件 拆卸类型归绌为：井行拆卸年串行拆卸、完全拆卸和选扦性拆卸、a 接拆卸和i l _ 接 拆卸、i 元拆卸和1 i 单元拆卸、破坏性拆卸和非破坏性拆卸等。装配和拆卸是两个 栩反的动作，需要设训 个能o , ti 、作为记录片根撕此提出跛汁史改建议等“。 欧洲的r a j g 。i d h 和sh 、u m s ur l d m 等研究者基于装削儿何体的独t z 性斑川 种与传统方法先全不同的，全新的装配儿何体表示方法 装配体表示方法，这种 令新的表示方法总兆包禽叫类装配信息，分别是( 1 ) h j r 表d ；装配体的层次关系的仃 向蚓：( 2 ) 川】：丧1 i 装配体零件的约求是系的关系阁：( ： ) 用r 袁小装配组什的i i 日j 的装配联次信息：( 4 ) ，n 个皱m 郴件；| 天的信息；通过馕一 ，的试验t 研究者们成j j j 地利川装 c 体表小方法丌发了j k 拟样机装配系统，j 盘终在实验窀啦利用改系统。羹 现了多台汁_ ：机的怫州装眦设训”。 ff 乖的a b e 肄针对赎州机械零件相装削过程中足甭j 仃町装配惟这点，提出 了行种验证标准，井梢埘j 陵、准 发出了验证算法和装配机器川视化系统眩系统 支持二维软件虚拟装配路径埘划，殴计肯- j 以对其结构进仃分析莉i 性能评仙，初学者 也可以在装配被机过程巾进行乐统的操作洲练”o 。 l 【，等为了使装配过程型 i 智能化_ 手l 】形象化，给出了种六f 1 由艘ri 。装配的 打法。当实际操纵人员矗：盘拟环境叫1 装配虚拟零件时，智能计算机辅助系统会f i 动记 采操作人员的动作，与此叶撵们： 员进 r 装配时，系统辅助操作人员n 动进行装 配并凡询问操作人员装配时的犍配方法是胥i r 确，同时自动，l 成装配任务信息”i 。 r e q u i c h a 从儿何造型方m j 着于研究，以变动簇为基础，提 了种川点臻形式 采表述公茬的模型，寅体s 楚欧氏- l 川的个【r 则子集，川点集定义了托j 特征 f 。 j 此，公差就破描述成h 订汁算功能的实体，足对一个变动类的表示。 h i l l y a r d 和b r a i d 为了j 睇氦、k 动的描述j t 、j 信息和公差信息之蚓的联系，把几f u 实体看成是简单的几何机构，幸j j 始状态叫机构处于自由状态，只是简单地连结，完令 不受f t 力的约束机构t ，的点和边分别刘心机构的节点和连杆，而k 、j 信息则被队 ，j 足此使机构受到约水_ l m 褂主= l 】川定的川件；公芹信息删是j t i 息所允计的微小 ：动，其术身帽”1 十一个微小连朴机构，h 能在给定的范削内运动，执行个微振动 的仟务。 h o f f m a n 铀_ 一维瞅氏宁f l 把儿何图形桃为由止匕点父繁组成，公差则被解释 为系列的以点矢寰为参数的公堆函数i s 0 1 。 122 国内面向装配公差建模方法的发展现状 时的一维软件建横嗣】虚拟辑什装配仿真分别址山小同的戟什生成的， 嚣之 m 必须通过公兆的文件格式进 r 转换，而扯转换过程c 哙埘产品情息的有所丢失 针对这问题，研究者们提了将虚拟装配- - 的产品属性与行为信息分为四个培次 | i | j ：产。i 层，特删。；，儿f i l f 把扑壕以肢艋1 ；瞄逐个进行对一的映射转换。结果农 明j n 。6 川z 次托包模州- i 一的数制毗射吱现丁- “ 州i 息的层次州关联，川叫还解决了 信息转化时小会玉火的m 避。 浙江人学的刘振字、谭建荣等教授针对产舳装配时需要参考装配语义信息这 特点，描述了虚拟环境下产销装配建模过州中装配语义：同时还丌技h 了装配语义 j 装削约束的转化技术。浚技术1 蛰乐忖| 了语义 约束罔从装配的 ；个描述角 j 竖进_ j _ 分析i f | l 研究口：从黻眦语义j 。：次和裟 d 约束j z ；次埘，”一讯的装d t 模弘进行编辑 和维护。 毕中科技大学的川姊等摊j 。n 二墟拟爿、境f 辅助于础城配( 拆卸) 的方法，从产 ，铺船町装配性的角腰进行分析耵l 研究，重点放往外椰的硬件设备f ，通过软、硬件 的配介逃到曲虚拟现实的环境f 对j “一协进行虚拟犍配的 的。操作者利肘，尢进的数 f i ur 一“- 诮如数据手窭、失蕊硅小器等输入设备：在虚拟现实环境f 操作者l l j 以身 临其境的对装配体中的器个零件进彳r 抓墩、移动，装目d 并汇采装配体拆卸顺序1 i 符 零件的拆卸路往i ”l 。关r 虚拟环境f 的数w 下套和艋不头器的研究一时是廿界性 的研究课题，f l 刘是2 0 1 0 q = 推的广：i 扎 氐匈 11 数揞 r 套自l 头益娃示器 硼北 壮大学的粱海奇等人给h ；了拓凡装配的环境。”快速有效地进行产品装配 建模的四种方法：引 j j 集方法、鼎什过滤集方法、小平面模型方法、以殷特祉简化 两安邢i 大学机械o o 精密仪器学院的教授们冉基r 舶i f d w o r k h 的次盯发l 做 n 了姑成粜，丌发了连卡机构和瓶嘶分度j i l l 轮的运动仿真软件”“。 前沿的一些研究者认为公差建模的关键芷要能解释公差理索是如何 公簟域t t 变动，h 司时表示出公芷信息的语义。根拆l 以e 观点，提出了肇】。自l “度的公最数学 模弘；从公燕要袭的随机变动t r 蚍推算m雌规律它j l 能托要索给定的自_ | i 度 方向的变动，而这啦的变功m 域上| 址i l 票移岍术。 刘k 生等人在已角| 胖论的批础h 提出了比较完善的的公差建模方法，它是旗 r 数学定义和自m 度的。通过对公差数学定义计算，导i b 基于臼由度变动的公舞域 过掸农示和变动肝要素的衷q i 统的方法m 】。 3 面向装配的公差建模方法的综述 公篾信息的建模前蜚的淳脚点址建赶个勺2 十1 j 对应的数学模型，为丁能 训 算机中讣析和计算域数学模型，社需要编枰肯建忘卟数学模型的表达方j = i = ! j 】丧h 模型。数学模掣是指运用严杼 的、_ 三性的数学语罱埘公差信息及其七1 1 关信息进 r _ f i 迷i l 解释；般采| 兑麻乜扦以f 阿个打| f 【i ：1 给定公差范l h ：2 刈符合公非攥 求要誊变动的描述即拄实际j 】| 】1 1 的l 埽 语义柬解释公簪信息。公差轭水模型乱：计 算机巾的表币址将公蔗f j 启、装换啦计算机能议刖的钟机语j ，以特殊杯以的数啦e ： 结构的形式存在。般柬讲【l 确秆理们公差f 二息建模f i - 先- # 灌个杯准的数学模 魁村i 时j 浚数学模型建屯m 心的；i 算机丧达疗式 表示模型这样”n 丑往裘 乐模m p 缕敏小克艘的数学模型所需的扦种信息。此外公差数学模型和公蔗表不 髓诅之叫般是不符合严格的埘应哭系。经过研究，争家们发现数学模型舸l 表 州模弘之m 足交叉对应的关系。n p h 论j 二，秆 对于个数学模靼，j 埘心的表示模 型可以n 计算机程序q in r 以设计多种反之种表4 i 模型也可以为多种数学模犁 服务。抖外，如粜仪仅将公差当作史奉符j 处理的简单表示模型甚至可以没有对应 的数学模型。若计算机对h 所表，下的公置信息未作出任何语义的解释，公麓仅为一 符号。 数学建模的公茬边界j i 是种数学理论上给出的变动范喇，约束了公蔗的变动， 对公芹的描述也局限j 一数学表达，时模驰仿真有一定的参考价值，但小能良接应 川i 。j 二j “和设计中。 表】_ 】公苷数，模刑的优缺点 数学模则忧点 水足 通过l 迷的分析一4 以禹数。# 戍剐的发腱址小断变化的，从衄矗叫内发胜趋贽看 7 f 精确地数学定义的堆础l 。，j ：耋川其它数学模掣方法柬研究公麓模型，应该是有较 j ( 的研究空n j j 值甜深入研究。 建、，了公差信息的数学模型4 “r 以研究公差的表j ；模掣，肯址射l 辅柏成的 箍着研究的深入，表q i 模，弘的笈胜也是小断变化的，【 阿公差信息的表示方法e 婴 何以f t 种： 挺l _ 2 公筹农小横h 分类 公嚣表示栏刊表示打法 删蚓涪驰j 。c s g 和br e p 站构域特自e 的公摹轰示浩 若干个参数牝表示物体的j 口状公蓐被看怍坫卟几寸参数的微小变化 变动儿法 计父址来表示 公嚣带自l 参考 肚r 公芹元自l 革r 特祉 i 由度的公芹表d ；法 基准梃架法 14 课题研究的目的和意义 l j 时产品装 d 模诅主要自：蜊t ： 戈联模型，如：w e s le y 年| | il e h e r m a n 描述了接触和约求关系的阁结构，川j ：衷 1 ：装配休；b o r nj 圳1 t 挺：维扣l 扑h 结构“l 户，t ) 川i ：投u i 装配体： j 。；次楼型，f 【| | ：1 “- 等提了装配的等级树结构丧1 i 法 高级数捌结构表小，如：v 锋提m 使川语义联系模型的装配数= c l _ ：库以等级 结构的肜式组织面向装酣的语义信息； c h a k r a b a r ty 与w ) h o r 提出咀装配结构束表 示装眦体。本文经过比较采圳层次模型进行建模。 臣课题的i l 的拒j - 允讣分析原冉虚拟进模力法的基础1 ，制对光机乜复杂系统 的雄成性、复杂 ，装眦精噬岛的特点，提f | 了一种多物理场综合模块建模打法， 针埘m次玎髓功能，州h j 州天的嘲数晕l 程 手编，建立s o l i d w o r k s , l l 数引库之川的 通道，利川v b 的模块编辑器跛计拌i 刚和商，i i 目1 1 a c c e s s 建正柄；准数槲库，柏数引 庳巾添：| | 【| 公萎特性、i n 特性、装配信息和显示特性，解决光机l i z 复杂系统的雕拟建 ；l 信息缺失和小足的m 题， ，泣之夺谋题舯刖醍垃为j 能够以最蛳的时川，最少的人力、物j j 年j i _ 2 少的 资金进 r 埘典诅机馓j “i 川f l o h t ；0 世汁验 也从【州占到到- i a 做、快速、敏捷、 敞试 制j 戍功的 1 的。 1 5 本论文的主要研究内容 木谍题付f 究的总体柯、址在小机的维软什的基础j 一进行敞外发，建如唼体 装配模，毗栅传统旧驶雕信息键小足，小能姗十榆洲和对挥个零件的描述锋缺j 1 d | 此提出了综合模块建模n 浊。练含模块连摸方法 蜃莱】辅确几何模块、碰_ 6 匀： a 模块、公差特性模块、t u 特t 1 ：j f ；l 块和! - a 小模块拙进通过杆嘲杓模块库戈联，分 刖j | r 】，种敬计信息表达、碰撞榆测计算乖l 实时显不。装配体采j 王j 层次模型，除了 e 采装眦关系外还。i 工以刷j 裴配宁列u 求、参与约束捕摊范刷的确定和操1 4 ；x , t 琢 l n f j 动确定。 面向装配的综台模块建楼方法的研究l 要包括以v j l 个方1 5 i ： i 、对现有的装配体公差建模方法进步分析和完善。订- 虚拟环境f 建立公差模 魁，通过软什仿真验证实际情况下公差的变动规律。 2 、对s ( ) id w ( w k s 进行次丌发，利川v b 的模块编辑器蹬计界自1 和窗il ，调j f 】 a c c e s s 建立标准数栅庠。在数州悖一 l 添公芏特性、电特性、装眦信息和硅求情息 数抓。 3 、各种模块信息建立关系f 或称关联，连接) ，以便询丰日关联的信息。 值， 制。 16 4 、i ) e f orr n 软什- p 建立公舞模型，并进行虚拟装配仿真，提取出实际的轮廓公差 在m a tl a b 软什t i 进行数值比对，t 口以清楚的反映出实际装配t 】公蔗的变化_ 手| | 影 论文的组织结构 ：? ：史弛包含n 释内棒，纽出! 掣蚴如卜 第1 章绪论简要地介纠r 谋题的研究背景，通过分柝课题的大背景确定该课题 研究日的和意义：结台酬内外公荤建模矗法的现状，引论文的卜要研究内容，最 后糕体介纠了论文的组织结f _ 筇2 章针对论文所要研究呐内布埘现有的装配体公蔗建模疗法进步分析和 完善，越过实例分析。刘比前机床的实际加1 精度，分析影呐精度的凼嚣，井仿 真实际j u 【中圆柱度公差的变化，最后提取实验数据。 第3 章在虚拟环境下建、i a 线度公差的模型，通过软件仿真，验证曩；阿：情况f 公篾的变动规律。 第4 尊汇总公蔗建模信包，由v b 悟一jf 发和建立起个a c c e s s 数捌阼，政数 批库实现了随时漆加、修改删除和查询肆功能，方便川户随时调用和夯吞。 第5 章通过一维建模ns o l d w o r k st p 调用数捌库，提取零件信息和装配信 息州1 支持后续装配过样，逃到人机受互式装配的效果，通过调川第_ 二章和第二章 的数据，绘制山装配过程- 键装再己毋l 齿轮装配的公差域，减少公芹对装配的影响。 最后仝义的研究i 作进行总结，j i 埘进步的研究进行展翅。 文术跗有参考文献，它为奉人撰。j 学位i 文提供了有益的借鉴，也呵为脚读小 学他论立的家、学者进行评削之依拼：。 第二章公差建模的系统研究 21 公差建模研究 虚拟装配是虚拟r “- 钔f = 发j _ i j f 究巾的个重要内棒。奁香虚拟装配整个过程，改计 人员可以清楚地磊到装配顺序甚至u t 以诅抽i 拟环境中对所殴计的机构进行装酣的模 拟，这样r 4 以l d 录和对比产品零部件之的装配关系，从而帮助设计人员及 t 地发现 设m p 的装配缺陷，进行改进。对于精密零件装配本身而。! ，零件的公差语义信息l 。 分重要，f m 现在的一维软件小n 提供实、装配中所需要的零件的公幕讲义信息，公麓 x 足装雕- ”砸戈雨要帕。脚此，丌展其替公差分析功能的虚拟裂配系统就显得卿重 要，而公差模型义髭公差分析的拱础。 对垃计者而占怎样台理的安排零件的订工工艺路线、零件的的安装和安全检测、 实醣、裟配中的装n d1 岂以及其他制造活动都是必须考虑的，公差信息所包含的内容对 世训哲的指导均有重要作h 】。| | 时目内脱订的计算机辅助机械吐计和造班软件对零件 几何模剐的堆本参数帛i 公瓤更所传递的技术信息之问缺乏联系，无法完伞表达j t 寸公差与形傅公差z 叫的联系t f | 】i 膏s u ，搬难准确地把所标谚m 尺、r 公差与尺0 联系到 起，或把所标谚 的彤位公差0 相对应的耍索联系到起，h 外这种吲定式的符号公单 n 息小能川柬支持后续l 一作。圯过f 的机械设计方法螫求公荐信息的模掣能在计算机- i 娥、准确、合理地表达。这1 ：要涉厦到以f 两个问题： 1 ) 公差奉身的信息存储币” 类问题井对公差信息组纵处理，将装 d 需要的公置信 息进行畅、u 羊分类，以竹的玎吱组纵与表4 i 与此时反映“ 不i 司类型公差之i l l j 的茺 别和联系： 2 ) 怎样把数引结构设计成填肯传递性，仵计算机中清晰地给出公蔗所一埘均嘤索 l t , i 0j t 、卜+ 0 此同时准确地解决公謦柱h i 的问题，可以订敬地支持后续工作。 为了舟设计公差建模- 1 - 允分体现l 荇种公芹的特点，便j ：装配耥度州整和冲测。 以加i 的虮线、| f 【i 作为公舞连接点车八点。姨配体之 l 体现出形位公差的l | j 系。 本文以零件之洲的棚关系信味为依托，通过信息描述和信息i 己录，把相关联的从属 信息提取时 柬，以个约束il 儿组i 柬实现，即g = ( a b cd ) 装配睢元a 硐i b 之 w 存靠约束戈系g ，c 为属性恤d 为n 向值，e 为范围值。装配各个印元之m 的约求_ ) 乏 系g 是依抓窑差分析的结粜分为阿种即：定位关系和非定位关系。 定位关系的属性关键是指符个独札皴配甲元2 阳j 约束，蛐l 尺寸人小或角度偏置f f j 描 述，对j 定他尺可或定位角度再自的j ：卜偏差及装目d 单兀之叫的形状戈系，而非定他天 系的属r l 叫每仅描述装眦竹儿之叫是甭仃打尺q 约柬芙系。- j | j | 】公磬几求实现公般的拙 迷，0 现代蹬纠办浊小定义帕公差也鲁儿似形状_ t 【| r0 变动、变动疗年变动 建故变 动范约求，山此_ 】r 以总 ? ，1 1 i 公差柏天的儿何特徒、公茇炎掣、公蔗限定的火键特 征变动，j 向和公置值搜公置范l 刊组成丁 个公差儿信息。 通过深入研究尺寸公差与j 移状公差之蚓的关系以及形状公差的本质，t 叮以找到对 ；状公芹的唯一鳅制。即；在要素的整个包悯盒范 爿内，形状公差域与k 、j 域的变架 小能为宅集。山此确定公基范拒h 、j 公粒域的值m 。 疵i 圉圉国图 圈 曰f _ f 1 | _ 霉_ 罔国同8 同同阁同罔国 团 卜!到( 9 j 刻2 0 4 参考型蚓23 门参考刑 刚。p 的节点表小关键特征有向箭头表小荚键特征之问的公羞关系，其巾箭头的尾 部表示牡准，箭头的头部表示产生变动的儿何特征：t 表不该公差类型 2 t2 3 i 。 212 公差属性 收的公差值的类型包禽眄种 ! | 】= 堆边，魁和双边型。现以：追加一种随机的动态环 肜公差，n 表达公荐属性时根据标7 i 的苻理会将这两种类型的公芹值分别表小。 侈状 公蔗和位置公差属 袒边型，线性凡i t 公差的公差值类唑腻f 双边型，圆彤或圆 l 形公 差的随机变动属于环形。公箍属性的表达如f 1 ) r 寸公差：r 、卜公蔗的属t k c ( d ，( ，l 。) ，其中：d 表日；零件尺寸，u 。表示i ： 偏l 、表示下偏差。 2 ) 形状公差和位谢公差：形位公差曲属性为c ( d e ) ，其rj q ) e 表示偏差。 3 ) 公差的变动范闸e ，f 是用柬表示区间的。 对j 一公差约束的? 、臼削堑芙键特征变动疗向v 在参考啦标系中町以采用棚心的雎 位向醚表示： r = 旷。k r ，j ( 2 1 ) 上l ：上l ：j ： c o s v 口c o s v 口c o $ i 口 ( 22 ) f i + f ；+ y i + l ：+ l 。i + l ：= 1 式。i t ：，t 分别是沿x 、y 、z 。个方向r 的平动分营：屹，屹分别是绕x 、y 、z 轴转动的转动分量。 2 】3 零件公差模型构建 就零件公差模掣来说与公差元竹1 关的关键特征届r 同个零件，由j ：公蔗厄是独 立表小零件中所有公差元【 = j 。l 蚓北，* 1 心的采用一个 元组米实现公差之 l j 的联系， 印：“= ( a 口( de 1 其中姆项都对应着一个六元数组，六兀数组农1 ；d a 个 ( 1t h 度方向上的擒t ：值。a 。o b 足约求零什蒋两者之叫有公摹约束则取1 ，疋公嚣联 系| j l | j 取0 。c 为属性值。符为定位冀系则取1 拧为非定位咒系则取o ，d 为公照 j i g j 足 牡何向最表不，e 为随机公最范i j i 时比值特凡寸公荒1 。行为公差的交熊乜禽对比值 | 】! l j 取l ，若不包含j _ ! | j 取0 n 数学搅，诅如f ： 2 2 公差元的实例分析 通过以r 对公站儿的描述本文通过实例进行理论分析和数槲刘比。在装配- l 以 键连接最为简币i - t - t 4 为平头键连接竹装配剖晒图，其。* 键槽的咒键特祉为弧形a 键槽底ln l c 键槽曲删f f l j d 嗣i b ，i 失键们戈键特征是四个1 f 血分为e 、f 、g 、h 对】：健连接的装配罔公差几袭小盘f ： o 堕 堕 搬 塑 嫩 竺 4 表 罴堡 23 机床加工精度的研究 机眯本身的精度l 二要足儿十q 精度和l ：作精度两种： ( i ) 儿何精度 就蚺产t 协_ 1 j 南机床的j l i j 精度托川类型- 扣也是秆区别的，所以剥精密机触m i i 需要我 l f l n 定每台机床f l ( jj l f i , l 精度儿f 呵精度综台地反映了目i 床备芙键 | i 件精度 及其装配质量。实断检测，f ，逋常艟卅到的检测 灶是精密水半仪、“卉j 尺、精密方箝、 、f 行光管、r 分凡、测微仪等。对r 普墟小钽机床而占，有州我们采用人【。操作、f 工记录数制， ( 2 ) = 作精度 考虑到机床的】j i | 工麝损和小i r 确使j t j ，我们镒要定时对机眯的l ：作精度进盯枪删。 通常我们的榆测方法足采 铸铁或钔合金试p t ，硬质合会川具，圆度仪及= ：坐标测培 机做试件的“圆j 醇菱形d - j f j ”精艘榆验浚方法不能评定机床所有性能”“。 24 刀具建模 i 件加工过利即切削过程，址川具和i 卅柑料相互作用，月_ _ l 从上件表曲j ：切击 多余的材料樽到预期零件的表【“1 过程。o a f l 随着切削过程，会j “生叫削变形、切削力、 切削热和川凡磨损等一系, p i j s 魁琢，培再都会作用刮被加i 。件l ：，影响公蔗的变动，l 蚓 此刀具的选择1 f 】刀具加l 补偿是搬吐蜓的。 公最变动最t 要的【s ：i 豢址川i 时公差建模首先要埘门具进行建模，川其对公差 的影响午笑雨要月具确定后，公芹变动的范i 也是定的，假菠忽略其它微小影l 礼 正要考虑川具的影响。 所旧刀址模型是指月州l ：f i r 意成形点 - 川h 坐标系中的坐标矢量表迭式p 。 对卜盒樗b y j i i i l y j 其i f u 。i ，t l l 切削州的1 ；川国陶i 卜一般分为：类：单点刃月且、线 形, j j 川j 和商形j j 具。 t f i i 我们竹刖埘它仃1 进行建模分析。 埘j 。笫类单点w 川 ，我们建盘的模型曲lr ： p = pf p 1 1 。 ( 24 ) 线形州川扎叉分为l 寸州年彩州，j # t 一- 社州j 常见的柯1 。川、刨月。多州川县蛙 常见的址铣刀、钻头、批j j 卒 设一个独立变量u ，其一t s j 线j f j y j 川儿模型的矢盈方程魁： e = ( “) h ( “) ：，( “) lj = f ( ) is “! “： ( 2s ) | 殳一个与切削州柯哭f i j 参数a ，多刃线形州刀具模型的矢毓方群是： c = j ( “q ) ，( “q ) = “) 1 = 4 ( u ，q ) h j ! “e l ：，f = 1 2 h( 2 6 ： 式- ，n 为切削州数i l 。 咖形州川l 模型通常足含仃两个参数的矢量方程： ，= ( “，v ) y ( u v ) ：( “1 ，) j j = f ( “，v ) ，“s “t l , ! v l v v ， ( 27 ) 兜般的刀县结构如刚2 5 所我们”r 用折线逼近切削刃的方法或是插位的山 法进行近似，嬉矢量方程： p = ，一p ，= ( j ( d ，) y ( a ) ：( “，) 1 ) 7 ，p = ( o 0 01 ) 7 ( 28 ) i l，= 2 式中，n 为拟合的折线数量，a ，为f l 线的矢齄方程，e ，为单位矢量。 图2 5 川ll 般结耗j 示意嘲 加 直线时，机床时被i ：件的轮廓加i ：误篾址指实际位置1 0 川具指令j i 线位谶 + 简称指令“线) 的最小偏蔗不仅宵夫小之分还宵i i ：负之分， 般加f 农而。付胃漤麓 般是指实际位置p 指向指令位置q 的域小偏差，一般用欠缱e 表小，反映了蛮际位 置偏离理论位置的大小 度和疗向由参考世标轴上的位置误差e 、e 。和e ：农不。 设p 的坐标为( x py pz p ) q 的牮杯为( x oy qz q ) ，f 州。指令直线为 l = ( t kx + t l 。七_ x + c i , 1 1 。 ( 2 9 ) 武t hk 。k ：为直线的斜度系数a z 分别为直线在xo 时的y z 轴上的也标。 设指令直线e 的草俺法线矢量为： “= ( 1 女，k ：o ) 7 1 十k j + k ；= ( 。“：o ) 7 ( 21 0 ) 邢幺他胃瑗差e 在lj ：的投影父 诗为： 位置误差e 在；卜的投影父齄为 = p d ，= ( 一，“，y - 一y rh u 一：j “：0 ) = ( _ h ，”：0 ) 7 ( 21 2 ) 当c ，0 i 坩，根掘位胃谍# c 、，e 。，和c ，町得轮廓漩芹为 p t 【( 一x , ) n + ( 一蚪) 。十( ：。一= ，) ”n ：+ ：+ 月； ( 2 1 3 ) 并有：jp = 0 叫e = 0 。 加川自线时，曲线轮麻的d i j1 谋嚣 般用枉向轮廓误差描述有时为了方便也”r 以直接川轮廓加i 误筹描述。按般标准定义蛐线径向轮廓i ； 差给出的捕述是岫线 与实际位霞之日】绝对值螭小偏差，它是位骨隈羞在过实际似置的曲线曲率径灭j ：的投 影，凶此既育大小之分也有l 1 负之分通常用s ，表示p p ，其中p 是指令曲线 ：法线 或法线蜓k 线过p 的点，堆标设为【f ，巧z ，) 该点一标待球。对1 ：曲线轮廓醒箍 殷是指实际俺臀1 i 指令轨迹的指令位岢处切线的绝对值最小偏差，它足佩背议茇c 在指令点处的法矢量h 上的投影，也宙l r 负_ | 大小之分，通常用表不，曲线的释向轮 廓误蔗和轮航误差也是町以求得。 设指令曲山l 为： r = ( r ( ，) ，( ，) ：( ，) 川 ( 21 4 ) 那么在q 点的切矢量为： ：= 孙。掣掣掣吼矿帆蚝虬吖 2 1 0 时，设： 面= 瓤。_ 挚学争m 、= 一y n a ， 闰2 6 枷【“线的轮廓雠芹 蚓27 加j 曲线的轮廓误t 莘 那么社，o 点的曲章法矢量为： ；：；。( 丙。；) f ! i ! ! ! ：二，：粤 ! ! 刚 ! i 。：o 。：o r ( 2 1 7 ) i珊j 1 。 根据位霄误差e xe v 和e z 可柑轮廓漩荒为： s = c 训= k 叶k ；+ ( 扩h 忡。一训，拉i i ( 2 1 8 ) 理可捋经向轮廓误差为 p p x ，r p y f y ，r ：p 一：， 0 t f ， y ( t ：“ 铲万；乍| = 峙，k w ，珥) p ( z p - z p ) 。】，仃可z 儿i - r = k ro n i 】f 式求脏 x ( t j ( ， z ( t 2 1 9 ) ( 22 1 ) 北耻定的允许范围内，f ，t if 这炳个参数的变化足一致的，即时增 l j 年减少的 所以我们_ 能通过挣制或补偿术达到控制e ，f f , i 日的1 。 考虑到机床加工尺寸、被_ f _ 1i 件的形状和，l = = 小以驶加工面处理方法，我幽已终进 r 丁分类对比通过 片i 1 jj | ；总结i 1 1 精艘的变化，如r 表： 吐 引 塑 表2 - 21 ：篮j 卜柑虚分类表 项 直径或宽度d 或b 硼臣度l 或“呷 项 精度 目口 人删中刑小硝人界中璀小】 _ 十 罄 2 5 实例分析 刈_ l 二虚拟实际加1 ：精度1 号虑的i l 索 二耍包括几何瀑差和嚣种加r 疗法对麻的切削 过科中的热变形、切削山作用f 系统刚性变彤、火紧变形、川j 结构彤状等。奉文l 二 要探讨肌| _ _ 误差和k 、j 误靛。脏拟加1 乳体分为以卜儿步： ( 1 ) 提取要仿真的i 什模型： ( 2 ) 切削运动过程建模 ( 3 ) 切削州轨迹_ 二成： ( 4 ) 数掘分析与汁算： 二进过程的参数设引、数州分机1 f f | 数槲处理编程都在d e l b r m 软什叶实现。虚拟机 味采川曾通的c a 6 1 4 0 。加r 川h 为啦川州i j t 朴k2 0 r a m ，以川州一l - 心点审问轨 迹作为川具轨迹d 淇加i 。过程，严格控制加j 环境以一啦标测特机l 。得到的误差 数抓进行模拟，本文咀叫朴1 】_ l1 为侧，被加i 。材料4 5 # ，刀j 4 材料：w c ，乍速：6 8 m m i n t 通过实断测鞋和统汁，j 娃脱随 【公翻n 娈化。 笛；彳耐端等品；鼍，+ a 。d - 二：。# - 以j ：星在1 ) e l o f m 中进行参数选择和加l 仿真。切削之处蛭进 f 丁l 叫格细化，使分 斤的结粜更接近r 实际加：l 。奉文通过公芹建模方法的研究使 。公差在计算机中的 表示，町以方经地生成公差带，从而可以l 刊安模拟真实情况，并对眩零件进行直接的 忻真删鞋与分析。 表2 - 3 统计数槲 序q叫抖件( m m )j q 嘲丰1 “释( m m i7 2 9 6 5 2 3 4 2 99 8 6 2 6 本章小结 奉錾系统的研究丁零件公蔗的构建，并完善了公差几的信息，给出了公羞元的吱 例分析，增加了对公差元信息的丁解。分析了机床加1 ：精度类型和适j h 的测量方法， 对川娃进行了数学建模分析嫩后综合i 遂研究，通过仿