机械专业中文翻译平面度公差在自由制造时的可行性分析

1、 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 尤庆 学 号： 05010252 外文出处： AMSE 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：译文基本能表达原文思想，语句较流畅，条理较清晰，专业用语翻译基本准确，基本符合中文习惯，整体翻译质量一般。 签名： 年 月 日附件1：外文资料翻译译文平面度公差在自由制造时的可行性分析越来越多自由制造的功能零件正在被设计制造中。在这类应用中，SFF 也能用来创建工具（即模式铸造，低量模具等）或直接创造功能零件本身。为了矫正缺损的功能部件，在允许范围内编造部分几何公差是

2、极为重要的。本文系统的介绍了零件生产过程中的SFF的使用方法。我们的研究预期在以下几方面帮助SFF设计者和提供商。通过评估设计公差对某一过程的帮助，这将会帮助设计者消除制造的问题和选择合适的SFF。也将有助于供应商能满足所有的设计公差要求。1介绍固体的自由制造采用分层制造模式。先生成CAD模型的一部分切成层和几何形状图层，然后输入制作单位，建立各层次顺序直到整个部分被编写好。一些商用的SFF程序是立体的，如熔融沉积成型，坚硬的地面硬化，分层实体制造技术等等。图1表示的是如何分解成层的SFF。SFF的主要优点是，它们并不需要任何特定加工的一部分，而是完全自动化的。图1 阶梯效应由于程序的固有性质

3、和高度自动化，SFF程序分配有益于设计和制造1。逐渐地，SFF处理在网络上正在被设计者存取。设计者公开他们的程序在网站上。设计者能下载CAD辅助设计系统，来分析制造过程，以确保制造可行性。这将会在大幅减少重复的修正。直到最近，SFF程序才主要用来创造原型零件。越来越多的SFF进程在考虑原型零件。在此类的应用中，SFF能用来创建即模式铸造，低量铸模等。或直接创造功能部分本身。为了矫正有缺陷的功能部件，在允许范围内改写部分几何公差是必要的。为了确定一个进程能否产生在该公差范围内，我们需要分析制造公差和工艺方面的限制。在本文中，我们主要侧重于制造的平面度公差分配的一部分。SFF处理中使用了图层，因此

4、一部分产品可能会出现阶梯效应。这阶梯效应取决于层的厚度。给定进程的最低层厚度是确定的。因此给定了一个程序，最初决定的范围因数的楼梯效果是阶梯效果的夹角。如图2所示，为两个不同方向阴影面的投影，阶梯影响的部分是不同的。因此，可以实现精度的SFF进程具有高度各向异性。不同的常态不同的定向的投影面存在不确定性。如果一个部有许多不同种类的要求，这可能建立一个研究方向，满足个人需求。但可能无法找到一个研究方向满足所有人要求。图2 影响定位精度本文讨论SFF执行自动生产方案的可行性。鉴于用CAD模型的一部分来进行生产所需要的精确度，本文提出了一种新办法。我们使用二阶段的方法。首先分析每个指定的要求，并确定

5、一套可行的方案来满足该要求。作为第二个阶段，我们占采取交叉每套可行方案的方法来建立一套能同时满足所有要求的方案。如果至少有一个方向能满足所有要求，那么，这部分就可以被制造。否则被认定为不可制造。其余的文字将介绍以下内容。第2节介绍了与以往工作相关的领域。第3节介绍了系统是如何准确的建立层的。它识别各种不同的来源的误差，并提出了一个数学模型来模拟平面度的影响。第4节描述如何有系统的评估制造过程的可行性。它描述了一能被用来运行此分析的运算法则。第5节描述我们的执行。它描述如何用几何学来处理信息，并提供了一个例子。第6节描述我们的结论和当前我们工作的局限。2相关的工作SFF程序生产时，精度很容易被影

6、响。精度受机械和程序的有关错误的影响。为了要生产功能零件，我们应该能够满足所有的要求。一个系统的方法是不可或缺的，以便制造特定设计方案的产品。以下小结讨论所做的工作，建模过程和影响建模质量的原因。2.1建模过程：工艺参数和零件精度Tumer 等人2审议零件表面聚碳酸酯选择性激光烧结，以确定零件的特性。用数学上的方法计算，以确定表面精度定量。对分析的差异进行研究，来揭示表面精度的一个参数。Gervasi 3已经调查统计程序控制的使用,在SLA中建立程序。他研究影响代理收缩系数和线宽补偿因子，SLA程序在一段时间内采用统计过程控制技术。Rosen 等人4提出了一个经验模型。这有助于建立各定量之间的

7、关系和SLA程序的变量，最好的表现了这些公差。Onuh 和Hon 5已经应用 Taguchi 方法研究量化层厚度的影响、舱口间隔，舱口过度深入，深入舱口纠正SLA的错误。Tata 和Flynn 6已经广泛的研究做到试图定量，并且纠正了z误差。接下来利用z误差部分所引起的时间差，用激光扫描截面的第一部分到最后部分的多个层。由于液体树脂的特性，在受激光照射后会发生变化。使用正确的时间间隔连续的使用激光扫描z轴误差能被减少。2.2寻找最优方案Frank 和Fadel 7开发了一个系统，只要输入用户要求的功能，并说明其相对重要性，就会产生建议的最佳方案。他们的工作并不计算阶梯效果的影响，并取决于输入的

8、优先考虑的两个功能。它仅适用于原始方案的建立。Cheng 等人8描述的一个方法是使每一个要求都被认为是基础的一部分，建立稳定的配置。在每个这样的配置中，表面积乘以重量因素，得到了考虑阶梯效应的结构，从而得到最好的方案。如果在这些项目中有一个以上是类似的，那么就是最佳方案。Pududhai 和Dutta 9考虑了两个不同的标准，薄的切片和阶梯比率的总面积，并提出一个公式，找出最佳设计方案。最初的标准是薄的切片的数目和二级标准的阶梯比率地区总面积的一部分。而错误是因为制造过程没有考虑到他们的工作。Bablani 和Bagchi 10开发了一种算法来计算程序计划中的误差，处理误差和层的数目。输入用户

9、所要求的旋转轴和轮换的间隔，然后错误和建议就会提出。描述错误的程序只适用于这些使用激光束和光敏聚合物的部分。Thompson 和Crawford 11提出了一个方法，建议最优方案使用四个主要目标。尽量减少方案建设高度和最大限度提高表面精度和强度的一部分。问题是目标之一，可能受其他三个目标的制约。然后的问题就是如何解决问题并优化来获得最佳方案。Suh 和Wozny 12开发了一种基于特征识别来获得最佳方案的方法。一个目标的功能与标准一起定义，分开强度，表面光洁度等，所有这些标准，不同的功能是提取模型的标准。接着是目标的功能评估，然后利用非线性优化技术找出最佳的方案。Gupta 等人14已经开发了

10、一种计算方法，找到了最佳方案的建设方向形状沉积制造。SDM是一种固体制造方法，可以创建复杂形状的零件。他们考虑的领域中，代表所有可能的方向和形式的一套方案。他们发现了最佳方案，最后全球最好的方案的选择和比较方法出现了。3在SFF中实现数学模型的精度我们已经制作了一个模型，使一个抽象的SFF过程作为一个层来制造。该过程模型考虑到了三维错误，这两个方向的建设载体和平面层正在建造。我们确定了三个主要的错误之处： 阶梯误差：快速成型过程基于分层制造模式。是通过无数有限厚度的薄层来建立的。因此，将会有阶梯效应。阶梯误差的效果能在图2中见到。这个阶梯效果取决于层的厚度与方向上的建立。对于一个给定的程序最小

11、层厚度是已知的。因此，对某一过程中，首要的因素是确定阶梯效应间的夹角。各种不同的叁数，如表面平整度，尺寸精度和其他几何公差，都受阶梯效应的影响。 xy误差：可能有一个变化中的层，在平面层中，有机器特性和程序特性误差。这误差是指在这总体误差层由于效果的各种参数如图3所显示的错误。图3 XY误差 z误差：由于设备和工艺的一些错误，可能有变化的层。由于各种不同参数的组合决定了z误差。图4就演示这一个误差。图4 Z误差我们进行了案例研究，建立了一个测试的进程。该个案的细节在13中解释。当时的部分测量机和偏离的层面，被称为xy和z误差的代表。对于程序的xy误差的值估计为0.05毫米是。对于程序的z误差的

12、值估计为0.04 毫米是。这些值作为xy和z误差的目标在本文5.4节提到。对于平面误差，将出现两种情况，要加以区别对待。这些案例的出现取决于是否引入阶梯效果面。但是，如图5所示，当之间的夹角方向正常的面和载体接近于0或3.14，采用阶梯式可能会出现更多的错误。图5（a）显示了阶梯逼近图。图5（b）显示了水平层逼近图。图5 夹角接近0和3.14时3.1数学模型图6显示的xy和z误差的平面度误差。坐标参照如图6所示。图6 xy和z误差的影响当建立方向的影响只有通过了z误差。当建立方向和水平面垂直，受影响的就不仅仅是是xy误差。图7中是平面度误差的允许范围，就是一个角度间隔。图7 夹角的影响3.2阶

13、梯效应的数学模型当没有阶段需要建立一个面的时候，平面度仅仅产生z误差。图8显示的是投影在平面上时的样子。图8 载体的投影平面4评估部分制造误差对于每一个T我们都可以建立一个可行性区域，如果我们我们选择的方向在这区域内，那么T将能实现。通过分析影响层建设进程的各种误差，是有可能用数学定义可行性区域的不同公差的。对于给定的要求列三种情况可能产生可行性区域： 没有能实行的建设方向。所给定要求很重要，而没有任何可以建设的方向来满足这些要求。 只有有限的要求能被满足的情况。 所有的建设方向都是可行的。要求比较放松，所有的要求都能产生建设方向。4.1构建可行性区域的定位误差当可行性区域的映射到达一个区域，

14、我们应该用符号来表示它的坐标。直到可行性区域的面上，我们建立的球面坐标系沿面建立。因此，极地和方位角可以用来代表可行性的程度。在此讨论出每个被定的要求。4.1.1可行性区域的逐步介绍。如同图7提出的三种不同情况。1 如果然后可行性区域S，会被定义为， 这在单位球体中表现的是一个区域如图9。图9 球体坐标2 如果，那么一个区域的可行性就给出了，这是一个很大的单位球面，可以近似的看其厚度很小。3 如果，然后阶梯效应将是无作用的的，图10示了一个简单的平面度。图11显示了这些面的可行性。图10 平面度的简单显示图11 10中的可行性区域图12显示出这样一个区域的范围。从预定的对称面建立载体，可以看出

15、方位角是和。因此，获得的是封闭区域对称的极轴。图12 可行性区域的位置查找程序的价值。对于每个平面的要求，我们需要建造一个圆锥，如图13，如果是建立载体内锥，然后在投影面建设小于层厚度的载体。图13 计算每个对于的值4.2可制造性分析的方法：阶段1：构建区域方向对于每一个功能，需要控制其准确性，可行性区域的一个单位代表所有领域可能建立的方向，在4.1中我们提到过。可行性区域的功能是集所有领域的单位，如果建设载体在其中，然后指定的要求是可以被实现的。阶段2：所有区域相交的可能性 如果最后的共同可行性区域不是空的，那么有一部分就是制造的规格。 否则，该部分是不可制造的。5执行我们已经完成了系统算法

16、描述的一节。我们的系统由以下三个部分组成： 部分几何学 关于部分的需求资讯 工艺参数资料利用这些知识，我们的可制造性分析能够更加准确。主要有两类用户，供应商和设计师。注册中提供服务和创建的个人账户，他们可以注册或者更新。设计者在使用我们的服务前要了解分层技术。他们将上传必要的几何形状和要求信息，并选择一个进程登记名字。我们利用C+和ACIS4.0运行几何计算。我们使用Java1.2和Java3D的图形建设用户界面。正如4.1.1节中提到的，该可行性区域包含一个波段的单位球面。特定情况来决定它是否为空。我们也开发了一个算法来计算结果，然后根据结果中的一项来确定可制造的部分。5.1 例，图14中左

17、上角的是俯视图，而右上角的是张立体图，左下角的是主视图，右下角的是左视图。图14 绘制的例子 在图15（a）显示的是不可制造的部分。图15 可制造性案例分析 在图15（b）中显示的是当要求比较放松时的本来不可制造部分。图16显示了两套可行的制造方案来实现图15（b）的情况。图16 制造的可行性方案6结论本文介绍了用两步的方法来分析制造可行性部分所产生的SFF与平面度要求对面的一部分。我们首先分析每个指定的要求，并确定一个可行的制造方案，来满足要求。而第二步，我们采取将相交的两套方案结合来确定出一个新的方案来满足多个要求。本文提出了准确的数学模型，如果公差是同心度，圆柱度的话还需要分析。在实践中

18、，第二步的操作被要求符合需求。方法在本文中提出，可以满足特定的要求。此方法也可以扩大到量化公差的范围。分析算法只会产生一套可行的方案，可以用来制造的进行。没有进行优化找出最佳方案。通过选择合适的目标函数，可延长工作时间，也优化了配置，就能找出可行的建设方案。原型服务可以帮助设计者选择一个适当的生产过程。在材料的选择上没有什么要求。设计者必须每次选择一个他需要分析的程序。该系统可以分析给出设计所需的数据。但是设计者可能有一些要求在材料的选择上。在那种情况下，所有的程序，可以被建立。一个程序就能完成这些分析。在我们进行的案例分析中，我们建立了一个测试用的SFF二维坐标和测量它的测量机。获得的测量数

19、据是用来估计xy和z错误的。上述程序的实验可以正式估算工艺参数对任何SFF程序的影响。7致谢：这项研究已经得到了来自史丹福大学NSF的资助。任何的意见，调查结果，和结论或在这被表达的忠告只是作者的而不反映赞助者的意见。参考文献1 Rajagopalan, S., Pinilla, J. M., Losleben, P., Tian, Q, and Gupta, S. K., 1998, “综合设计制造网” 亚特兰大工程会议 9月.2 Tumer, I., Thompson, D. C., Crawford, R. H., and Wood, K. L., 1995, “表面聚碳酸酯选择性烧结”

20、德克萨斯州奥斯汀市固体制造过程讨论专题会 八月 7-9 日.3 Gervasi, V. R., 1997, “固体制造过程的统计” 奥斯汀市固体制造过程讨论会 pp.141-148,八月 11-13 日。4 Rosen, David W., Sambu, Shiva Prasad, and West, Aaron P., 2001, “立体建造提高性能的方案规划”计算机辅助设计出版社。5 Onuh, S. O., and Hon, K. K. B., 1997,“哈奇风格精度立体参数和建造优化”奥斯汀市固体制造研讨会 pp.653-660,八月 11-13 日。6 Tata, K., and Fly