面向任意接触定位方案的定位误差分析算法

摘要

在现代生产制造行业中，机床夹具被普遍广泛的使用，一方面是机床夹具可以很好的保证被加工的工件一直处于一个相对正确的位置上以满足必要的加工工艺要求；另一方面是如果把机床夹具单独看成一个系统，其本身具备的功能也比较强大，既能够适应于大批量产品的生产，也能满足一些特殊的、个性化的产品的生产。随着我国制造工业技术水平的不断提高，对机床夹具的要求也在不断的增加，所以对机床夹具的研究工作变的越来越重要。而机床夹具定位误差的大小可以很客观的表达出一套夹具系统能否满足加工工艺的要求，因此，研究如何进行高效、便捷、准确的计算夹具定位误差的方法对我国整体制造行业技术的进步具有深刻的含义。虽然传统的、经典的计算定位误差的方法有很多，具有代表性的比如极限位置法、平面尺寸链法、微分法等等，这些算法虽然原理简单，计算过程也不算非常复杂，但是均有着一个很大的困扰就是不具备一般通用性。换句话来说就是，计算某些或某种工况下机床夹具系统的定位误差只能使用特定的某种或某几种计算方法，而不是所有的计算方法都可以使用。在这种大的形势之下，研究一种具备通用性、非常利于数据库等实现自动化操作的定位误差的计算方法表现的非常有必要性。这一自动化计算的实现，对促进CAFD（Computer Aided Fixture Design）系统实用化进程是具有实际意义的。
　　本文剖析了工件制造误差、定位元件制造误差与安装误差对工件位置偏移的影响规律，概括了工件和定位元件的接触副，构建了接触点位置变化的有向尺寸路径模型和有向尺寸链模型，将接触点位置变化描述为接触副尺寸误差。该方法不仅适用于单边接触式定位方案，也适用于任意边接触式定位方案。结合坐标转换技术，运用微分学建立把工件位置偏移、定位误差形容为接触点位置变化的函数的分析模型。考虑到接触副尺寸和角度的独立性原则，提出数据表格方法实现变量的独立性检查，确保工件位置偏移的正确计算。针对不同的夹具工件接触方式，提出统一的工件位置偏移模型，并利用接触点位置变化的有向尺寸路径模型和有向尺寸链模型，将接触点位置变化描述为接触副尺寸误差，最后使用表格求解法计算工件位置偏移。本文讨论了由定位误差计算工件位置偏移的问题，提出了工件夹具系统运动学分析模型，该论文从矢量环构建进行解算有一定的新意。以表的形式存储于数据库中，易于计算机编程实现定位误差的自动化分析。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 夹具定位方案的概述

1.3 定位误差计算方法研究现状

1.4 课题来源及主要研究的内容

1.5 本章小结

第2章 工件位置偏移模型

2.1 引言

2.2 定位误差来源

2.3 工件位置偏移模型

2.4 定位误差模型

2.5 应用实例

2.6 本章小结

第3章 传统的定位误差计算方法

3.1 引言

3.2 极限位置法

3.3 平面尺寸链法

3.4 微分法

3.5 传统定位误差方法举例

3.6 本章小结

第4章 有向尺寸路径中不含未知参数的定位误差算法

4.1 引言

4.2 工件-定位元件接触形式

4.3 有向尺寸路径的寻找准则

4.4 计算定位误差

4.5 应用实例

4.6 本章小节

第5章 有向尺寸路径中含有未知参数的定位误差算法

5.1 引言

5.2 模型求解法

5.3 表格求解法

5.4 实例与实验

5.5 实验验证

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研工作情况

致谢

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