运动精度控制

运动精度控制（精选八篇）

运动精度控制 篇1

本文所述液压机运动精度,主要包括液压机滑块运动的位置精度和速度控制。截至2014年8月,全球公开的液压机运动精度控制领域的专利共32000余条,本文将采用上述数据样本对液压机运动精度控制领域开展专利分析,主要包括:主要技术发展态势、国家专利竞争力、主要专利申请人等。以期通过专利数据的分析研究,了解该技术领域国内外的发展情况,对我国企业的研发方向和发展战略提供参考和建议。

1 液压机运动精度控制技术发展趋势分析

由图1所示,液压机运动精度控制领域专利在近50年内处于不断上升的态势,整体上分为三个阶段:第一阶段(1964年到1990年):本阶段的专利数量整体上增长趋势较为明显,1964年申请量不足100件,到1990年增长到八百余件;第二阶段(1991年到2005年):在这个阶段,专利年申请量处于反复调整的状态,整体数据上并没有出现明显的变化趋势;第三阶段(2005年之后):在这个阶段专利申请量又重新出现增长,且增长幅度较大。

该趋势与液压机整体发展(图2)相比,具有以下特点:

(1)液压机整体技术在第一发展阶段增长迅猛且用时较短,而控制领域的增长则相对比较平缓,增长的时段也相对较长。其原因可能是因为在该阶段液压机的机械结构出现了较大发展,通过结构改进实现液压机的更新和换代是该阶段的主要特点。

(2)液压机整体技术在第二阶段出现明显下降趋势,而控制领域在第二个阶段则没有明显变化,波动维持在一个稳定的区间。该特点反映出液压机整体发展因为结构上改进空间的逐渐缩小而趋于萎缩。而控制领域则可以与电子、通信技术进行不断融合,虽然没有出现重大技术变革,但是发展趋势可以得到维持。

(3)整体行业发展和控制技术领域都在2005年得到了较大的发展,这种发展和中国专利申请数量大幅攀升直接相关。

该技术领域主要的专利申请国家和地区依次是日本、中国、美国、德国、EPO、苏联、英国、韩国和法国。申请量2000件以上的国家为日本、中国、美国和德国。日本作为传统工业技术强国,专利申请量为7500件,排名第一,领先于其他国家,占总量的24.74%;中国专利有4993件,占总量的16.47%;美国专利2867件,占9.46%;德国专利2717件,占8.96%。四个国家的专利占总量的近60%。苏联的专利主要都是二十年前的,且大多数已经到期。以上这些国家或地区为液压机运动精度控制领域相关专利重点布局的区域,如果有意进入该市场,知识产权侵权风险较大。

从主要国家近20年专利发展趋势(图3)中可以看到,中国的公开专利在过去20年里经历了一个较为明显的上升过程。该领域技术在中国的发展可以分为两个主要的阶段:(1)2003年以前,基本上没有增长,专利年申请量低于100件,大多为国外的公司在华申请;(2)2004年以后,该领域专利数量大幅度增长,从2004年到2013年,年均增长约25.3%,这一阶段中国企业提出的专利申请占据了较大比例。2005年超过了同期日本、美国和德国的专利公开数量。专利的高速增长一定程度上和中国汽车、船舶、高铁等行业的发展关系密切。然而近两年中国申请的专利中发明专利占比相对较小,实用新型专利占比较大,创新级别有待提高。

而相比之下,德国的专利变化幅度都不是太大,基本上维持在年公开数量40~80件左右的水平,虽然在2007~2011年间有下降的趋势,专利数量上存在波动,但是变化幅度不大,整体趋势较为稳定。美国专利数量发展和德国相类似,虽然在近两年有数量上的下降,但是曲线波折幅度不明显,由此分析,在美国和德国,该技术应该已经处于相对成熟的阶段。日本作为液压机领域的传统强国,其专利公开数量在20年来下降幅度明显,从近300件/年下降到不到100件/年。说明传统液压机控制技术的研发已较为成熟,越来越多的日本企业正在寻找新的技术突破点。

2 主要专利申请人分析

如图4所示为液压机运动精度控制领域的专利申请人排序情况,全球范围内排名前十位的申请人基本上是外国企业,其中日本的企业有六家,分别是排名前三的日本AMADA(天田)、AIDA(会田)、小松,排名第六的TOYOTA(丰田),排名第八的IHI石川岛播磨重工业公司,以及排名第十的YAMADA山田公司。德国有两家公司,分别是排名第五的Schuler舒勒公司和第九的SMS-Schloeman舒路曼-斯玛公司。排名第七的是美国Minster米尼斯特机器公司。中国仅有天津市天锻压力机有限公司进入排名前十,位列第四。

如图5所示为中国专利主要申请人,由图可知,天津天锻的专利数量远大于本行业其他企业。在前十一位的申请人中,企业申请人占据9位,高校1位(中南大学),个人申请人1位(严培义-宁波汇众粉末制造有限公司)。从申请人区域看,长三角区域占7位,中部地区2位,京津冀1位。从中国专利整体数量的区域分布来看,该领域专利也主要集中在长三角、珠三角和京津冀这三个中国发展最快的地区。

3 主要技术分类研究

本节从机械、电气、泵阀和算法等四个具体的技术角度,对通用框架式液压机的运动精度控制技术的中国专利开展进一步研究。通过分析挖掘出各技术分支的发展趋势以及各技术节点上的优势企业。

如图6所示为通用框架式液压机领域运动精度控制的专利技术分类占比情况,其中通过机械领域的改进实现运动精度控制的专利占总数的50.32%,其次是电气领域的专利,占总数的22.34%;液压泵阀领域的专利占16.84%,控制算法的专利数量最少,仅占1.62%。

如图7所示,四种技术分支的专利发展趋势各有特点。1999年以前,各技术分支的专利申请量都很低,且增长缓慢。2000年以后,机械领域的专利数量开始持续增长,2011年达到最高值,近两年增长趋势出现一定程度的缓和。相比之下,电气领域专利在2002年以后出现增长,2007年达到阶段性的增长平台,随后在2010年重新开始增长,且近两年增长明显。而泵阀领域的增长整体来看较为缓和,在2003年后开始出现增长趋势。值得一提的是2011年该领域专利数量获得较大幅度的提升,在随后两年出现一定程度的回调。算法领域由于涉及控制的核心方法,且该部分专利大多只能以发明专利的形式提出申请,专利数量最少。但该部分专利一般是该领域的核心技术,应该受到重视。

通过上述分析可知,该领域的中国专利中,通过机械方式的调整和配合实现运动精度控制的专利数量最多,且增长幅度最大。分析其可能原因,一方面机械领域的技术主要涉及机械结构和连接方式的变化,技术创新起点较低;另一方面机械领域的技术创新大多申报实用新型专利,相应的研发难度较小。但由于受到技术现状的局限,创新空间较小,该领域的专利增长趋势近两年出现一定程度的缓和。而液压泵阀和电气领域的专利涉及机械、液压、电气等多学科的融合,技术创新程度稍高,创新空间较大,是日后技术发展的主要方向。

在对该技术领域的中国申请人进行分析后发现(图8),高校申请人少,且较为分散,其中中南大学在电气领域的申请较为集中。企业是该领域申请专利的主体,占总申请人的90%以上,其中机械领域专利布局较为突出的企业有扬州锻压、合肥合锻、江苏扬力;在泵阀领域布局突出的企业有合肥合锻、江苏国力;在电气领域的突出企业有江苏扬力。综合来看,目前国内公司在液压机运动精度控制领域的研发大多以机械领域的技术改进作为基础,而在泵阀和电气领域的研发方向各有侧重。

4 主要结论

(1)液压机整体技术发展逐渐收缩,但运动精度控制领域专利申请量仍在增长,该领域是液压机整体技术发展的一个增长点。液压机运动精度控制领域的专利发展情况和液压机整体的发展大致相同,区别是控制领域的专利总量并没有出现明显的数量收缩,其发展具有一定的持续性,其中在1990年以前增长趋势明显,随后经过十余年的缓慢盘整时期,在2005年重新出现较大幅度增长,主要和中国专利数量的提升关系较大。

与液压机整体发展状况相比,运动精度控制的专利数量虽然也有相应的盘整时期,但年申请量一直保持持续态势,在液压机整体专利滞缓的时期,运动精度控制专利的数量也不断提升。上述数据一方面说明该领域的技术一直在不断发展,并且在近十年随着中国专利数量的提升,短期内整体增长趋势明显。另一方面也说明该领域的技术的发展目前面临一定的瓶颈,后期需要寻找新的技术增长点。

(2)中国专利近年来发展迅速,但质量亟待提高。液压机运动精度控制技术领域50%以上的专利集中在日本、中国、美国和德国。由于上世纪主要专利集中在日本和德国,所以上述国家在该领域的技术储备较好,且进行了较为全面的专利布局。中国的专利数量虽然近年发展较快,但是起步较晚,在中国以外的市场布局较少,且有效发明专利占比较低,所以其近年来的大幅度增加并不意味着该领域技术出现实质性突破。

对外国申请人在华专利进行解读后可知,中国专利的申请人主要是中国的公司和研究机构,国外公司在中国的专利布局并不多。造成这种情况的原因,一是由于国外液压机20世纪80年代以前处于高速发展时期,但中国没有建立专利制度,二是前期外国公司对中国知识产权保护的司法环境持怀疑态度,而液压机作为机械行业的关键设备,专利的申请会带来产品的仿造,所以并没有在中国进行大规模的专利布局。随着这些专利技术在国外投入商业运行多年,今后也不大可能就这些技术在中国申请专利,这些专利在中国市场的影响不大。

中国的液压机运动精度控制技术从80年代专利制度诞生时就有相应的专利申请,但前期的发明专利主要是外国申请人提出,本国企业的专利申请到2003年才出现大规模增长。在专利的质量上,近年来中国专利的特点可以概括为“三个少”:发明专利占比少、授权发明专利近年来同比增幅较少、专利侵权诉讼少。

(3)运动精度控制领域日本申请人研发实力较强;近年来中国专利数量持续增加,重点申请人区域分布明显,但专利申请发展放缓。在主要申请人中,虽然日本公开专利数量在近些年来处于收缩态势,但在前十位的主要申请人中,日本公司有六家包括,技术实力和研发基础很强。

中国虽然专利数量较多,但全球主要申请人只有天津天锻压力机一家公司上榜,且专利申请主要集中在2003年以后,技术研发起步较晚,技术储备较为薄弱,发展时间较短,可能是造成这种现象的主要原因。在国内,专利数量及主要重点公司区域分布现象明显,大多集中在长三角、京津冀和珠三角这三个经济发展较快的地区。东北及华中地区优势不明显。申请人主要由企业构成,个人和高校占比较小。企业的研发是该技术在国内发展的主要动力,排名前十位的企业中天津天锻、江苏扬力、合肥合锻以及扬州锻压等公司的专利数量较多。

(4)精度控制技术领域中电气控制技术是未来发展重点,重点申请人技术布局各有侧重,该领域整体朝着电气化、数字化、多种结构复合的方向发展。

目前,有关液压机的液压系统和整机结构方面的研究已经比较成熟,国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展,为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。其主要发展趋势向着智能化、机电液一体化、高效率、高精度、低噪声和功能复合化等方向发展。

对通用液压机运动精度控制技术中国专利深度分析可知,机械领域的专利数量最多,且在持续大幅度增长后近两年出现一定的滞缓;电气、泵阀的专利数量比机械领域略少,但近两年发展较为明显。算法领域大多涉及控制的核心技术,专利相对较少。

5 主要建议

(1)找准技术研发方向,在电气控制领域加大研发投入。目前,液压机机械和结构的改进空间较小,在绿色节能环保的概念趋势下,将智能化、变频、伺服控制、绿色节能、复合加工等先进技术与液压机行业有效结合是技术发展的重点。

基于上述结论,我们建议:(1)避免在机械本体领域过多的研发投入,立足现有技术基础,加大控制算法和电气控制技术的技术研发。算法类的技术是控制的根本方法,而且大多涉及方法和模型,是区别于现有控制方法的基础性研发;而电气领域由于可以集成现有的大多数计算机、数字技术,其发展前景较好,建议进行重点布局。(2)努力提升发明专利的比重,增加控制方法类、控制系统和计算机程序类的专利布局,提高专利的含金量。

(2)加强合作交流,强强联合,攻关重点技术。建议企业可以与优势互补的企业和高校开展合作。结合自身技术发展特点,通过深化产学研合作、协同创新,有针对性地在未来热点领域进行技术研发,形成专利布局。从上文分析来看,高校在理论研究方面的水平较高,研发能力较强。

(3)强化知识产权保护意识,加强海外PCT专利申请。目前,我国企业大多仅开展中国专利申请,在海外进行专利布局仍较少。随着自主创新的不断深入,我们建议企业在国内布局的同时,加大PCT申请力度,尝试海外专利布局。

(4)提升专利信息利用分析能力,助力企业发展。建议企业重视专利信息的分析利用,一方面通过专利分析找准技术发展方向和研发重点;在研发环节可消化吸收先进技术,进行二次创新;另一方面监控专利风险,发现和避免专利侵权行为,为企业产品参与市场化竞争、海外布局提供更好的知识产权保护。

参考文献

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车床加工精度控制的方法研究 篇2

关键字：金属加工 装备制造业 机床加工 车床精度

车床，作为最为原始，最为常用的金属加工设备，从其诞生到现在的一百多年里，得到了完美的发展，其加工能力日益完善。随着经济的发展，我国从出口，投资的经济发展模式逐渐转变为外贸，投资，消费发展模式，实体经济必然会得到大力发展，机械加工作为重工业之重必然会有更大的提升空间，然而，我们国家基础制造业实力与发达国家的差距长期以来阻碍着制造业的发展。装备制造业中，机床加工的精度很大程度上决定了制造出的装备的精度，而车床作为最为通用的加工机床，如何提高其加工精度，尤其重要。

1.数控车床的结构组成及工作原理

数控车床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体。

数控机床加工零件时，需要按照规定将工件的加工信息编制成零件的数控加工程序，然后将加工程序输入到数控系统，由数控系统进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床主运动的变速、起停，速度等，以及刀具的选择交换、工件的加紧松开、冷却润滑的开关等动作，使刀具、工件及辅助装置有序进行工作。

2.影响车床加工精度的因素

车床经常加工旋转类零件，它的特点就是一条边线围绕母线旋转（母线我们称为轴线），根据这个特点以及车床的特点，我们把引起车床加工误差的原因大致分为以下几种：

2.1车床制造精度

车床在加工制造时各个零件因机床本身的精度，员工技能水平，气候影响，装配误差等影响，造成车床本身具有一定误差，这个误差称为机床制造精度（比如车床导轨的平行度）。

2.2车床安装精度

车床在安装调试时，因技师水平，工厂条件，气候，运输等影响，造成车床在在安装调试时与理想状态产生误差（比如车床导轨与水平面的角度误差），这个误差称为车床安装精度。

2.3加工工件工艺合理性

工艺是使各种原材料、半成品成为产品的经验、方法和过程。各种机械制造的方法和过程的总和称之为机械加工工艺。良好合理的机械加工工艺，能够优化加工工步，提升工件的制造精度。由于工艺人员的水平参差不齐，使得有些车床加工工艺合理性有待提高，造成工件产生加工误差。

2.4工人的技能水平影响

车床作为机械切削加工的一个系统基体，只有和人形成良好的人机互动，才能制造出品质优良的工件，技术工人的技能水平高低很大程度上决定加工工件的加工质量。由于我国职业教育的不完善性，决定了从事加工制造的技术工人的技能有很大提升空间。

2.5工件的装夹误差与夹具制造、磨损

工件装夹误差是指定位误差和夹紧误差。主要包括：1）定位元件、刀具导向元件、分度机构和夹具的制造误差；2）夹具元件装配误差；3）夹具在长期使用过程中工作表面的磨损。由于车床加工中主要用的工装，夹具为三爪卡盘或者四爪卡盘和各种顶尖，其中三爪卡盘为自定心，它们的制造，装配精度，硬度耐磨性对工件的定位加紧有很大影响。定位加紧直接决定工件的制造精度，顶尖的制造精度对于工件定位有很大影响。

2.6机床传动链误差

传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元之间相对运动的误差。在螺纹加工时，必须保证工件与刀具间有严格的运动关系，传动链的传动误差是影响其加工精度的主要因素。传动链误差一般可用传动链末端元件的转角误差来衡量。如图所示的机床传动系统，可具体表示为

2.7刀具误差

一般车刀具（如普通45度正偏车刀、）的制造误差，对加工精度没有直接影响。但其装夹误差对制造有一定影响。定尺寸刀具（主要指螺纹刀具）的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用不当时产生跳动也将影响加工精度。

2.8测量误差

测量误差主要包括1）工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。2）量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度、目测正确程度等，都直接影响加工误差。

3.车床加工精度控制方法

由于车床加工的精度影响因素较多，我们就按照设备，人，量具的分类来讨论。

3.1设备因素。

对于设备制造、运输因素：为了提高车床的制造精度，设备方面，我们建议是选择实力强，信誉好的机床厂生产的车床，比如沈阳机床厂生产的C6140系列的车床。运输方面，我们建议采用运输过程中运动平稳的方式，比如从大连到天津可以选用海运。

对于设备安装因素：首先厂房建设时尽量保证地面的水平，尽量涂地面漆，保证地面水平，防震等，另外厂房选址选在气候适宜，湿度低的地方；其次尽量选择厂家优秀的调试人员，由其指导安装车床。确保导轨与水平面的平行度，主轴端面与水平面的垂直度。

3.2人为因素。

人为因素分两种，编写工艺因素和车床操作因素。对于工艺员编写工艺这个因素我们的建议是招聘有资历的工艺员，定期对工艺员进行职业培训，定期展开对外交流。对于编写出来的工艺反复试制造，定稿。而对于车床操作这个因素我们建议招聘受过高等职业教育，受过职业技能培训的员工，定期展开技能培训，工人要和技术员，工艺员，设计人员定期交流，保证加工质量

3.3量具因素

对于量具因素我们建议采购品质佳，耐用度高，准确度高的量具，并且安置对量具进行校准，定时对使用人员进行量具操作技能培训，考核。

4.结论

本文围绕影响数控车床加工精度的因素和提高数控车床加工精度方法展开阐述，文章首先介绍了数控车的结构组成和工作原理，分析了影响车床加工精度的若干关键因素，提出了车床加工精度的几个控制理论，旨在对提高数控车床的加工精度及从整体上提高数控车床现有水平均提供参考意见。

参考文献

[1] 严爱珍主编，机床数控原理与系统.北京机械工业出版社，1998.

[2]李万来.影响数控车床加工精度的主要因素[J].科技创新导报，2008（09）.

[3]叶影.提高经济型数控车床加工精度的方法[J].数控机床世界，2009（06）.

[4]晏初宏.数控加工工艺与编程.北京：化學工业出版社，2004，3.

机构运动精度可靠性研究现状 篇3

机构是传递运动和动力的可动装置, 它是机械装备的特征骨架和执行器[1]。机构的运动和动力性能直接关联着整个机械装备的品质和功能, 提高机构的运动于动力性能一直是学者们的研究重点。传统机构学将机构的概念局限于仅含刚性构件、理想运动副 (无间隙或柔性) 、构件尺寸绝对精确的机构系统。然而, 真实机构系统具有多种内外部不确定性 (如几何公差、运动副间隙与磨损、构件物理参数如密度与弹性模量、工作载荷等的随机性) [2], 这些不确定性对机构运动学与动力学性能有着不可忽视的影响, 传统的以确定性参数为基础的机构学研究不能描述上述特征。技术发展对机构的高精度、可靠性等提出了更高的要求。

机构运动精度可靠性研究是在特定的工作条件和时间内, 真实机构的运动输出与理想机构运动输出之间的偏差落在期望误差限范围内的概率。受不确定性影响, 真实机构与理想机构的运动必然存在不确定性或随机偏差, 即使这些内外部不确定性很小, 但在机构设计时如果不加以考虑或考虑不充分, 也可能会造成很大的机构输出的不确定性, 进而导致机构运动精度下降、动作不可靠、定位不准确以及动力性能不佳, 从而使整个机械装备的功能丧失、性能下降、故障率上升、寿命缩短和用户满意度下降等。如1978年美国发射的陆地卫星2号由于偏航飞轮失效而导致整星失效, 1987年德国发射的TVSAT卫星进入轨道后一翼展开而另一翼卡主而导致整星灾难。因此, 在机构系统设计中必须考虑内外部的不确定性具有相当的必要性和重要性。但这是确定性设计方法难以胜任的, 因此须采用不确定性工程设计理论与方法研究机构的运动输出与不确定性之间的内在联系和规律以及对应的机构设计与分析理论。

2可靠性方法

可靠性方法是处理不确定性因素最为有效的途径[3]。通常, 不确定性分为随机性、模糊性和有界不确定性, 其建模与分析方法分为概率和非概率两大类, 与之对应的可靠性分为概率可靠性和非概率可靠性。研究前者的数学方法主要有概率论、数理统计和随机过程。对于后者, 处理模糊性的数学工具是模糊数学, 研究有界不确定性的数学方法和理论是非概率集合理论。概率方法发展比较成熟, 能够得到高精度的不确定性预估。对机构系统而言, 其不确定性主要为随机不确定性, 因此, 概率设计方法是机构运动不确定性分析与设计最为有效且十分重要的方法, 目前已被学术界和工程界广泛认可并采用。特别是对于有运动精度要求的机构, 概率方法可以从概率统计角度对机构运动精度进行解释并赋予概率精度的含义。通过概率方法对机构运动精度可靠性研究目前可分为点 (瞬时) 可靠性方法和时变 (区间) 可靠性方法, 下面将分别介绍。

2.1点 (瞬时) 可靠性

在现有的机构可靠性理论中, 机构运动精度可靠性大多局限于研究机构运动在其预定工作范围内某特定位置 (或特定点) 真实机构的运动输出与理想机构运动输出之间的偏差落在期望误差限范围内的概率, 我们将这种基于时间点的可靠性称为点可靠性或瞬时可靠性。机构运动输出误差由机构本身固有的结构误差和由于制造误差、运动副间隙等不确定性因素产生的机械误差两部分组成。许多学者在此方面做了大量的研究, 提出了诸如转换机构法、直接微分法、微分位移合成法、环路增量法、矩阵法等误差建模方法以及最坏情况分析、概率分析和区间分析等误差分析处理方法。机构运动精度可靠性借助结构工程领域的极限状态模型建立其分析模型, 并采用一次二阶矩方法 (First Order and Second Moment, FOSM) 和蒙特卡洛分析方法 (Mento Carlo Simulation, MCS) 分析机构在其预定工作范围内某点的实际输出满足期望运动输出的概率。但是, 点可靠性仅研究了机构在预定工作范围内每一给定位置或时间点的可靠度问题, 而没有涉及到机构在整个工作范围内的可靠性问题, 所以它只反映了机构在给定位置处的局部信息而不能反映机构在该点之前或之后的机构运动情况, 不能描述出机构在整个运动范围内的全局信息和特征。因此, 有学者提出了时变 (区间) 可靠性概念并致力于这方面的研究。

2.2时变 (区间) 可靠性

时变可靠性指与时间相关的一种动态可靠度, 它不仅反映了所研究的当前时间点的信息而且包括该时间以前系统的全部信息, 其最大特点是在其分析模型中引入了时间变量并考虑了两时间点之间的相关性。时变可靠性研究源于结构工程领域, 所涉及的可靠性分析模型中包含随机变量随时间变化和材料强度随时间下降。目前, 时变可靠性分析方法主要有极值法和基于Poison假设的首次穿越理论。极值法的思想是通过获得所考察对象的性能指标的全局极大或极小值概率分布而将时变可靠度问题转换为点可靠度问题求解。基于Poison假设的首次穿越理论归结为计算穿越率的问题, 穿越率求解是这类问题的核心和难点。针对该问题, Rice提出著名的Rice公式, 随后Middleton对其进行了改进。但是除对特殊的随机过程如平稳高斯过程可以求得解析穿越公式外, 对于一般随机过程其穿越率是难以获得的, 为此, 张均富提出了基于一次二阶矩 (FOSM) 和首次穿越理论的均值首穿方法 (Mean Value First Passage Method, MVFP) 并推导了穿越率的解析表达式[4]。为了解决均值首穿法在某些情况下求解精度不高和为了避免求解穿越率时在数学处理上的困难, 张均富提出联合极值点法 (Joint Extreme Point Method, JEP) 对球面函数机构的运动精度可靠度进行了高精度求解[5]。

3结束语

文章介绍了机构运动精度可靠性研究现状, 目前研究得最多且较为成熟的为点的 (瞬时) 非时变可靠性, 但是点可靠性仅仅反映系统在某一时间点的局部信息而非全局信息。时变 (区间) 可靠性包含了系统某时间段内的全部信息, 所以它较之点可靠性更具有实际意义, 但是目前为止在国内外的研究不是很多。机构可靠性理论的发展对机构的设计、综合有着重大的实际意义, 能够预测工程系统的剩余可靠度和寿命, 能为为设备或系统的维修、维护提供理论数据并做到事前维护而避免灾难性事故的发生。

摘要：机构运动精度可靠性是影响产品质量、寿命的关键因素且已成为衡量机构运动性能的重要指标, 文章对机构运动精度可靠性的研究现状进行了分析, 并介绍了目前求解机构可靠度新方法及其应用。

关键词：机构运动精度,可靠性,现状

参考文献

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运动精度控制 篇4

由于安装, 制造误差等因素使得机构运动副中必然存在间隙。机构间隙的存在使得精密机械的运动发生偏差。因此研究间隙对机械运动精度的影响就显得尤为重要。20世纪40年代, 苏联学者波路耶维奇等对机构误差传递规律进行了系统研究[1,2]。目前, 国内外许多学者对机构输出误差的随机特征做了大量的工作。文献[3-4]利用有效杆长代替实际杆长, 对连杆机构的运动精度的可靠性进行了分析。但文中没有给出旋转角与驱动角之间的函数关系。文献[5-6]给出连杆机构运动精度的概率分析。文中也没有给出旋转角与驱动角之间的函数关系, 只是假设旋转角在0-360度服从均匀分布。文献[7]给出了输出角与输入角之间的关系, 进而给出了含间隙连杆机构的最优化设计。但本文也没有给出旋转角与驱动角之间的函数关系。笔者在以上文献的基础上, 综合考虑了机构输入误差, 构件加工误差和运动副间隙的变化, 把实际杆长用有效杆长来代替, 并得到了在连续接触状态下旋转副旋转角与驱动角之间的确切函数关系。应用矩阵法理论, 建立了含间隙平面机构误差模型, 通过平面四杆及算例, 检验了模型的可行性, 从而为评价机构的输出精度提供了一个定量的尺度, 为机构的优化综合提供了有价值的参考。

1 含间隙平面机构的有效杆长模型

当机构运动速度较高时, 运动副中销轴和轴套孔间接触的可能性较大, 偶尔也发生分离现象, 但大多数时间是处于连续接触状态中。因此本文建立了铰链式连续接触的有效杆长模型。

如图1所示, 销轴的中心应在误差圆O上随机分布, 机构的位置矢量方程可表示为

式 (1) 的实部与虚部分别为

又 (2) 式两边平方得

由于r较小, 所以省略高次项后, 可得

则有

则lAB为lOA的有效杆长。

2 含间隙平面四杆模型

如图2所示, 有向量闭环定理得

由 (6) 式可得

如图3所示, 把lAB, lBC的有效杆长LAB, LBC代入 (7) 式得

(8) 式为含间隙平面四杆的有效杆长模型。

3 运动输出均值模型的建立

机构的位置输出输入关系可由下面方程组描述

U= (u1, u2, …, un) 为n个机构输出参数向量;L= (l1, l2, …, lp) 为p个机构参数向量;

V= (v1, v2, …, vm) 为m个机构输入参数向量;F= (f1, f2, …, fn) 为n个运动方程。

由 (9) 式得U= (V, L) (10)

将 (10) 式对时间t求一阶导和二阶导, 可得

4 机构运动精度误差模型

由 (9) 式得到输出运动误差方程

则有

将 (14) 式对时间求导, 得

将 (16) 式对时间求导, 得

式 (20) 中D, D1, D2为灵敏度矩阵, ΔX, ΔX1, ΔX2为设计变量误差矩阵。

5 含间隙平面四杆运动精度误差分析

由图2可得式 (7) , 由式 (7) 消去θ2可得

由式 (7) 可得

如图4所示平面四杆结构, 以M点的位置坐标 (x, y) , 连杆l2的摆角θ2和摇杆l3的摆角θ3为研究对象, 则输出向量U= (x, y, θ2, θ3) , 输入向量U=θ1, 结构向量L= (l1, l2, l3, l4, l5, θ5) 。M点的位置坐标为

由 (23) 式和 (24) 式可得

有关雅可比矩阵为

将式 (26) , (27) , (28) 对时间t求导, 得

将式 (29) , (30) , (31) 对时间t求导, 得

将位置输出向量U, 式 (26) , (27) 代入式 (11) , 就可求出速度输出U′。再由式 (29) , (30) , (12) 就可求出加速度输出向量U″。最后将以上各式代入式 (20) 就可得到该平面四杆的运动输出位置误差向量ΔU, 运动输出速度误差向量ΔU′, 运动输出加速度误差ΔU″。

6 数值算例

如图4所示平面四杆机构, 已知各构件几何尺寸为:曲柄长度l1=50mm, 连杆长度l2=160mm, 摇杆长度l3=160mm, 支架长度l4=200m。支臂角度θ5=0.785rad, 支臂长度l5=40mm, θ1=0, ω1=10rad/s, R=15mm, r=10mm, Δθ1=0.008rad/s。构件的几何尺度误差为理想值的0.015倍。试求此四杆机构运动输出精度误差。

通过前面介绍, 利用Matlab编程, 可得位置M的位移, 速度, 加速度曲线, 图5为位移变化图, 图6为速度变化图, 图7为加速度变化图。三个图的横坐标为θ1, 纵坐标为位移, 速度, 和加速度。

7 结论分析

(1) 由平面连杆机构结构特性可知, 利用矩阵法分析分析其运动特性具有规范, 简单, 明了, 便于应用的特点。

(2) 运用一平面四杆机构, 说明了该方法在建立平面四杆机构运动学微分方程的全过程。

(3) 通过算例, 验证了四杆机构质心的运动情况, 呈现出周期性的运动变化, 并且在每个周期内也符号实际的运动特征。

摘要：针对高速运动机构特点, 采用连续接触模型, 建立了铰链式运动副间隙的有效杆长输出运动误差模型。并以四杆机构为例, 运用矩阵法分析了间隙对机构输出误差的影响。

关键词：有效杆长,运动精度,运动副间隙

参考文献

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[5]孟宪举, 张策, 詹梅晶, 师忠秀.含间隙连杆机构精度概率分析模型[J].机械设计, 2003, 20 (1) :47-52.

[6]师忠秀, 程强, 杨倩.含间隙平面连杆机构的动力学概率分析[J].青岛大学学报 (工程技术版) , 2005, 4 (20) :24-28.

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算 篇5

s=R(1-cosθ-εsinθ+0.5λsin2θ) (1)

μs=μR(1-cosθ-μεsinθ+0.5μλsin2θ) (2)

滑块速度及均值为:

v=Rω(sinθ-εcosθ+0.5λsin2θ) (3)

μv=μRω(sinθ-μεcosθ+0.5μλsin2θ) (4)

滑块加速度及均值为:

a=Rω2(cosθ+εsinθ+λcos2θ) (5)

μa=μRω2(cosθ+μεsinθ+μλcos2θ) (6)

2 滑块运动参数的标准离差[6,7]

2.1 长度尺寸及其比值的标准离差

构件的长度,运动副间距离,回转副直径等都是以长度的一次方为单位,即称为线性尺寸。这些尺寸在制造中规定有偏差的范围。然而,一批连杆在制造过程中,其实际尺寸一般是分布在公差带范围内的。也就是说,线性尺寸是一类随机变化量。

根据大批量构件制造统计数据,其线性尺寸的变化服从正态均匀分布,在区间(-3σ, 3σ)中的概率为99.73%,因此可以取构件线性尺寸偏差的三分之一作为它的标准离差,即σR=ΔR/3,σL=ΔL/3,σE=ΔE/3。根据正态分布二元随机变量的综合方法,得到:

undefined

undefined

2.2 滑块运动学参数的标准离差

undefined

undefined

undefined

3滑块运动参数的偏差及其最大值和最小值[5,7]

根据正态分布随机变量的3σ原则,得到滑块运动参数的偏差为:

Δs=3σs,Δv=3σv,Δa=3σa (12)

因此,滑块运动参数的最大值和最小值为:

s=μs±Δs,v=μv±Δv,a=μa±Δa (13)

4 曲柄滑块机构等影响法精度综合[6]

曲柄滑块机构等影响法精度综合是根据允许的输出偏差,确定各构件的尺寸公差和铰链间隙。若机构中n个构件的尺寸参数Li(i=1,…,n)和输入参数θ是随机变量,则机构的输出函数Ψ也是随机变量的函数:

ψ=f(θ,L1,L2,…,Ln) (14)

将式(4)在μx=(μL1,μL2,…,μLn)展开成泰勒级数,则输出参数的标准偏差为:

undefined

式(5)中,ΔLi是机构第i个参数的偏差,它反映了公差和的联合影响;∂f/∂Li是输出参数对机构尺度在点μx处的偏导数,它反映了输出参数变化时,机构各参数的相对重要性和重要程度,可视为机构尺度参数影响系数。

机构每一个参数所允许的输出偏差,按等影响法可根据允许程度满足以下分配形式:

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即各构件的尺寸公差和铰链间隙对输出偏差具有相同的影响。当某机构尺度∂f/∂Li的影响较大时,相应允许的偏差值ΔLi就较小,使它们的乘积对输出偏差的影响与其他的保持一致。因此有输出参数的标准偏差:

undefined

式(7)中,下标j是输入位置。

在满足精度的条件下,使各参数允许的偏差最大,即:

undefined

机构在不同的位置有不同的精度要求,但是对第i个尺度参数的允许偏差是唯一的,因此式(18)中的σΨ可以被视为协调各位置运动偏差的综合允许偏差。

5 仿真计算与实例研究[3,4,6]

5.1 曲柄滑块机构的运动学分析

已知偏心曲柄滑块机构的有关参数:曲柄长度R、连杆长度L、偏心距E及其偏差ΔR、ΔL、ΔE、长度比λ=R/L、ε=E/L、曲柄轴心到滑块销心最远距离P、滑块行程H、曲柄转速n(或角速度ω=nπ/30)。计算曲柄在一个运动周期(转角θ=0—360°)中滑块的位移s、速度v和加速度a的均值及其偏差。

利用MATLAB编程计算可得如表1所示的计算结果:

滑块运动参数的均值、标准离差和误差如图3—图5所示。

5.2 曲柄滑块机构的等影响法精度综合

已知对心曲柄滑块机构的有关参数:曲柄轴心到滑块销心最远距离P=300 mm,滑块行程H=100 mm,滑块位置允许误差σH=±0.5 mm。试计算曲柄长度R和连杆长度L,及其允许的最大偏差ΔR和ΔL。

算法及步骤:

(1) 计算曲柄长度和连杆长度

R=H/2=100/2=50 mm (19)

L=P-R=300-50=250 mm (20)

(2) 计算机构尺度参数影响系数,即滑块位移函数h(R,L)关于曲柄长度R和连杆长度L的偏导数。

由于滑块销心P点的位移函数:

undefined

则关于曲柄长度R和连杆长度L的偏导数为:

undefined;undefined,取输入参数θj(j=1,2,…,360)时,绝对值最大的偏导数值undefined和undefined。

(3) 计算曲柄和连杆允许的最大偏差

undefined

undefined

6 结论

通过理论分析和算例研究可知,在已知曲柄滑块机构的构件长度参数及制造偏差的条件下,通过对滑块位移、速度和加速度等运动参数进行均值和偏差的计算,可以确定各运动参数的变动范围。在已知曲柄滑块机构的构件长度参数以及滑块运动位置允许误差的条件下,通过计算机构尺度参数影响系数,按照等影响精度法,可以确定曲柄长度和连杆长度允许的最大偏差。该方法用于连杆机构设计中准确、效率高、而且适合其它类型的机构设计,具有较大的工程实际应用价值。

参考文献

[1]于峰.机械精度设计与测量技术.北京:北京大学出版社,2008

[2]曹惟庆.平面连杆机构分析与综合.北京:科学出版社,1989

[3]李东君.曲柄滑块机构的精度分析.锻压装备与制造技术,2007;(3):90—91

[4] Fung Rongfong,Chiang Chinlung.Dynamic modelling of an intermit-tent slider-crank mechanism.Applied Mathematical Modelling,2009;33(5):2411—2420

[5]罗继曼,孙志礼.对曲柄滑块机构运动精度可靠性模型的研究.机械科学与技术,2002;(11):959—962

[6]王忠.近似直线轨迹的曲柄滑块机构尺寸综合和精度.机械设计与研究,2006;(12):21—22

GPS测量精度控制 篇6

全球定位系统(Global Positioning System)简称GPS,最初是由美国国防部作为军事系统发展起来的。该系统可以向全球用户提供连续、实时的三维导航定位,与常规测量方法相比,GPS具有全天候作业、精度高、观测时间短、不要求控制点之间相互通视等优点,导致了测绘行业的一场技术革命。GPS在测绘方面,广泛应用于大地测量、工程测量、变形监测、地籍测量和摄影测量等[1,2,3,4,5,6,7,8]。随着GPS技术和仪器的发展,GPS应用到了更广的领域,如资源勘探、气象预报、地质灾害、交通运输等。GPS技术已经成为了一项普遍适用的技术,但由于GPS测量过程中也包含多种误差,受多种因素的影响,因此需要让更多的工程技术人员了解GPS测量的误差来源和采取的应对措施,才能灵活地应对实际工程[9,10,11,12,13,14,15]。

本文主要从GPS静态控制测量野外数据采集和内业数据后处理两方面介绍了GPS测量的主要误差来源,对GPS基线的解算和优化处理方法进行了详细的介绍。基线的解算是GPS静态数据后处理过程中的非常重要的环节,其解算的质量直接影响到了GPS最终的成果和精度。结合工程实际,介绍GPS数据后处理的精度控制和方法选择,消除或消弱某些误差的影响,提高了成果的可靠性和精确性,减少了野外工程返工重测。

1 GPS静态控制测量误差及精度控制

1.1 GPS静态控制测量误差分析

GPS误差包括GPS信号自身的误差、信号传输的误差和接收机误差。其中,GPS信号自身的误差包括星历误差、美国的选择可用性SA技术和反电子欺骗AS技术等。信号传输误差包括太阳光压、电离层延迟、对流层延迟、多路径效应和由它们或其他因素产生的周跳。GPS接收机误差主要包括钟误差、天线相位中心误差等。

了解了GPS测量误差的主要来源,有针对性地采取措施和方法,以降低GPS测量误差,实现精度的控制。

1.2 GPS静态控制测量精度控制

本文主要以工程测量中的小型GPS控制网和南方测绘Gnss数据处理软件为例说明GPS控制网的精度控制。

(1)卫星及其空间位置。在GPS测量中,常使用精度因子来衡量观测卫星的空间几何分布对定位精度的影响。精度因子分为PDOP空间位置精度因子、TDOP钟差精度因子、HDOP水平分量精度因子、VDOP垂直分量精度因子等。精度因子值的大小与GPS定位的误差成正比,值越大,定位误差越大,定位的精度就低。通过卫星预报程序Star Report来了解卫星的分布、卫星轨道、PDOP值变化,从而选择合适的观测时段。

(2)电离层和对流层延迟。电离层和对流层的影响,在短基线测量中,一般采用双频接收机采集数据和通过数学模型的方法处理。

(3)多路径效应。根据大量的资料和工程实例分析,多路径产生的误差是小范围控制测量误差的主要来源。多路径效应对点位坐标的影响,在一般环境下为5~9 cm,在高反射环境下可达15 cm,也可导致信号失锁。观测中的很多的周跳也是因此引起的。主要应对措施:点位选择到视野开阔的地方,障碍物高度角不宜超过15°,远离强烈反射卫星信号的物件,远离大功率发射源和高压电线以及无线电传送通道,对GPS天线安装抑径板。

(4)周跳。由于障碍物遮挡视线或无线电干扰等原因引起卫星信号短时间失锁,而全相位观测值的整周数发生跳变的现象称为周跳。常用的周跳探测策略和方法主要有多次差法、卡尔曼滤波法、伪距和相位组合法、电离层残差法等。各个GPS后处理软件提供了相应的方法,可以根据需要选择。多次差法通常探测较大的周跳,电离层残差法适用修复小于5周的周跳。

(5)GPS仪器高。小范围GPS控制测量中,GPS仪器高的测量是误差的一个重要方面,准确量取仪器高,可提高GPS测量的精度。

2 GPS数据后处理及精度控制

GPS数据后处理主要包括基线解算和GPS网平差。GPS基线解算是数据后处理中重要部分,其解算的质量关系到基线是否合格,同步环和异步环闭合差是否超限,以及GPS测量的成果和精度。

(1)GPS数据质量检查。GPS数据质量检查主要包括卫星高度角、方位角、多路径和信噪比、周跳。南方测绘提供了GPS数据质量检查程序Data QC,通过对卫星信息的分析,可以对观测数据有全面的了解,方便下一步基线解算。

以某项目GPS控制测量为例,测站卫星信息如图1所示,基线情况如图2所示。从图1可以看出,测站哪颗卫星哪个时间段存在多路径效应、信噪比较低和卫星高度角有问题,同时是基线解算时选择参考卫星和卫星高度截止角设置以及编辑数据的重要依据。在基线解算时,根据数据质量检查情况删除观测时间较短的卫星,删除连续周跳的卫星,删除多路径效应严重的历元,消除粗差的影响。

(2)基线解算的精度控制。基线解算的精度控制分为相对质量指标、半相对半绝对质量指标和绝对质量指标,这些指标是对解算成果的评定依据。

相对质量指标包括单位权方差因子(反映观测值质量的优劣),观测值的残差的均方根RMS(反映观测值质量的优劣,一般认为越小越好),数据删除率(被删除观测值的数量与观测值的总数的比值,反映了GPS原始观测值的质量),RATIO值(反映了整周未知数的可靠性,值越大可靠性越高,此指标与观测值质量和观测条件有关),RDOP值(反映了观测条件的好坏)。

半相对半绝对质量指标:同步环闭合差,理论上应总为0,若同步环闭合差超限,至少有一条基线错误,没有超限,也不能说明所有基线都合格。

绝对质量指标包括异步环闭合差和重复基线互差。异步环闭合差满足限差要求,说明组成异步环的基线质量合格;如不满足限差要求,说明至少有一条基线质量不合格,通过相邻的异步环或者重复基线可以找到不合格的基线向量。重复基线满足限差要求时,说明基线质量合格;如不满足限差要求,说明至少有一条基线不合格,可以通过多个重复基线找到不合格基线。

(3)基线解算观测组合方案选择。基线解算时可以使用多种系统组合解算,也可以使用单一的系统解算。南方测绘提供了L1(GPS)、L2(GPS)、LW(GPS)、LN(GPS)、IONOFree(GPS)、Geometry Free(GPS)、IONOFree(GNSS)等组合方案。一般情况下,短基线采用L1(GPS),长基线采用IONOFree(GPS)、Geometry Free(GPS)和IONOFree(GNSS),对于北斗系统数据,在解算时选用IONOFree(GNSS)方案。

在基线解算的过程中,尝试选择观测时间长、信号质量较好的卫星作为参考卫星,优化选择历元间隔、高度角和观测组合方案,达到最优的解算结果。

(4)GPS网平差。GPS网平差的一个重要误差检查是起算点质量的检查,可以通过方差因子检验实现,检验约束平差后的验后方差因子与无约束平差的验后方差因子是否一致。GPS平差成果的检查可以通过以上的质量指标和控制点的内外符合精度确定。

3 结语

在GPS控制测量中,现有的GPS仪器设备条件下,测量的误差主要表现为多路径效应和点位的误差,实际作业中应根据规范要求选择合适的点位环境,尽量减少其产生的误差影响;数据后处理方面主要选择合适的方法优化解算基线,通过控制基线的解算质量,从而提高网平差的精度,达到精度控制的目的,更好地为工程建设服务。

摘要：GPS因其自身的优越性在工程建设中应用广泛,因此对其精度质量的控制成为关注的焦点。通过对GPS静态控制测量数据采集的误差原因分析,介绍了降低GPS野外数据采集误差的措施,并基于工程数据实例对数据后处理过程中影响精度的因素进行了分析,对采取的技术措施进行了简单的介绍,以供测量人员参考。

机械加工精度及其控制 篇7

机械制造业是现代国家实力的重要支柱, 在经济建设、社会进步、科技发展中占有关键地位。经过多年的发展, 我国已经建成了完整的机械制造工业体系。但是基础差, 技术革新太缓慢一直影响我国制造业实力的提升。其中, 加工精度影响了产品的使用范围, 性能以及成本。因此, 进一步控制加工精度将指导机械制造业发展的趋势。

二、机械加工误差分类

机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数 (尺寸、形状和表面间的相互位置) 与理想几何参数的符合程度。符合程度越高, 加工精度就越高。而加工误差正好相反, 是指加工后零件的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。所谓保证和提高加工精度问题, 实际上就是限制和降低加工误差问题。

影响零件精度的种种误差往往产生于加工过程中, 由于初始状态原始误差以及工艺过程的原始误差产生的会引起各环节相互位置关系变化。比如装夹、调整、加工等过程都能产生原始误差。一般将加工过程中可能出现的种种原始误差归纳为两种:1) 与工艺系统初始状态有关的原始误差, 又叫几何误差, 包括原理误差、定位误差、调整误差、道具误差、夹具误差、机床主轴回转误差、机床导轨导向误差、机床传动误差等;2) 与工艺过程有关的原始误差, 又称动误差, 包括工艺系统受热变形、工艺系统受力变形、刀具磨损、测量误差、工件残余应力引起的变形等。

三、保证和提高加工精度的途径

实际加工过程中有许多减少误差的方法和措施, 但是总的来说, 从减少误差量的方法来看, 只有误差预防和补偿两种。

1. 误差预防技术

误差预防是指减少原始误差或其影响, 也就是减少误差源或改变误差源到加工误差之间的数量转换关系。但实践与分析表明, 当加工精度高于某一程度后, 利用预防技术来提高精度所花费用将大大增加, 经济实用性降低。

1) 合理采用先进工艺、设备

在制订零件加工工艺流程时, 应对每一道加工工序进行精确评价, 从而根据要求采取合理的工艺和设备, 使每道工序都具有足够能力。因为随着产品质量要求的不断提高, 其数量增大和不合格率的逐渐降低, 将使成本核算中获得的收益明显增加, 其经济效益非常显著。

2) 直接减少原始误差

在查明影响加工精度的主要原始误差因素后, 直接降低甚至消除其影响的方法。这个方法一般因实际加工过程而定, 使用比较灵活, 应用范围也很广。

3) 转移原始误差

误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到不影响或减少影响加工精度的方向或其他零部件上。这种方法的实质就是将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。各种原始误差反映到零件加工误差程度与其是否在误差敏感方向上有直接关系。若在加工过程中设法使其转移到加工误差的非敏感方向, 即转移原始误差至其他对加工精度无影响的方面, 则可大大提高加工精度。

4) 均分原始误差

加工过程中会遇到本加工工序的精度稳定, 但是由于以前的工序所遗留下的误差使得此加工工序的复映误差或定位误差加大, 因此造成误差增大。一般解决此问题的办法是均分法, 先将产品按照误差大小分组, 然后根据每一组误差范围调整定位系统对对应的误差范围产品进行加工, 从而减少误差, 增加效益。

5) 均化原始误差

在加工过程中机床刀具等的误差总是会传递给工件, 如果利用有联系的表面之间相互的比较和修正, 或者利用互为基准面进行加工, 就能让这些局部较大的误差比较均匀地分散到整个加工表面, 从而提高局部的加工精度。

6) 就地加工法

加工和装配时, 有些精度涉及到零件之间的相互关系, 靠提升零件的精度来满足其要求非常困难。而采用就地加工法, 将需要加工的零件在其工作位置定位后, 在需要加工的表面进行直接加工, 既能满足其装配位置精度, 又能满足工作位置精度。

2. 误差补偿技术

在已有的表现误差条件下, 通过测量、分析, 然后建立数学模型, 并以此人为地在系统中添加一个不存在的误差源, 使其与现在的误差总和相互抵消, 来减少或消除零件的加工误差。

1) 在线检测

在生产过程中即时地测量出工件的实际尺寸 (形状、位置精度) , 随时通过刀具与工件之间的相对位置计算出补偿量并附加给刀具。因此, 工件尺寸的变动范围始终在自动控制之中。在线测量和在线补偿都是利用此原理进行的。

2) 偶件自动配模

将互配件中的一个零件当做基准, 然后加工另一个零件, 过程中控制误差总量。这种加工方法也会用到过程中对零件的自动测量, 可以在加工到达需要的差值时自动停车, 保证了精密偶件之间的高要求配合间隙。

3) 控制决定因素

在某些复杂精密零件的加工过程中无法使用在线检测来对加工进行补偿, 而是采用控制在加工中起决定作用的因素来减小误差。将加工仪器与工件始终保持在某一状态范围下进行加工, 能有效减少因加工过程引起的状态变化带来的误差。

四、结束语

目前, 我国是制造业大国, 但与世界领先技术还有较大的差距, 不仅仅是生产技术上如加工精度等的细节问题。存在的主要问题可以总结为一下四点:1) 基础差;2) 产业结构不合理;3) 生产成本较高, 应向高新产业迈进;4) 自主品牌和自主研发能力有待加强, 关键技术依赖进口是缺乏核心竞争力的一大弊病等等。要想改进并完善现状, 政府应该增加在国家关键产业的投入比重, 鼓励企业自主研发, 以创新优化带动发展;合理利用高校科研资源, 加强与高校合作;提高产品经济效益, 以高质量低成本的核心技术代替大规模的生产模式等等。

参考文献

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[2]王先逵.机械制造工艺学.机械工业出版社.2005.

[3]国家自然科学基金委员会, 工程与材料科学部.机械与制造科学.科学出版社.2006.

[4]冯辛安等.机械制造装备设计.机械工业出版社.2007.

车床加工精度控制小技巧 篇8

关键词：车床,加工精度,技巧

0 引言

文章以2011年陕西省车工技能大赛的试题为例,介绍车床加工零件时同轴度和圆跳动的控制方法。

试题及要求:(1)编写如图1和2所示零件的加工步骤;(2)加工图样至尺寸要求;(3)安全文明生产。

毛坯为Φ30×41和Φ40×110的45钢棒料,刀具为外圆车刀、切槽刀、梯形螺纹刀、镗孔刀等。通过对该零件图的要求分析可知,图纸的主要目的是考察学生的操作能力及精度控制方法。

1 零件原始加工过程和改进方法

1.1 零件一原始步骤:

用三爪自定心卡盘夹持坯料,伸出长度不少于20mm,车端面,打中心孔;粗车、精车Φ28-0.041-0.020mm至尺寸要求,长度至卡盘根处,粗车、精车Φ23mm至尺寸要求,保证长度20mm;倒角1×45°和0.3×45°成型;调头,垫偏心垫片,用铜皮夹持Φ23mm外圆,用百分表找正Φ28-0.041-0.020mm外圆,跳动量小于0.015mm,车端面截总长41mm为38mm;粗车、精车Φ200-0.02mm至尺寸要求,并保证偏心距2±0.05mm和长度100-0.09mm;倒角1×45°和0.3×45°成型。

1.2 零件二原始加工步骤:

用三爪自定心卡盘夹持坯料,伸出长度不少于82mm,车端面,打中心孔;粗车、精车Φ350-0.025mm至尺寸要求,长度至卡盘根处,粗车、精车Φ32外径至尺寸要求,保证长度65mm,粗车、精车Φ200-0.03至尺寸要求,保证长度17mm;车退刀槽Φ24mm宽10mm,同时保证长度40±0.15mm;倒角1×45°、2×45°、3×45°和0.3×45°成型;粗车、精车Tr32×6-8e至尺寸要求;调头,用铜皮夹持Tr32×6-8e,用百分表找正Φ350-0.025mm外圆,跳动量小于0.015mm,车端面截总长110mm为107mm,钻孔Φ26mm,深度为10.5;垫偏心垫片,车孔Φ200+0.033mm至尺寸要求,并保证偏心距2±0.05mm和长度18mm;卸偏心垫片,用铜皮夹持Tr32×6-8e,用百分表找正Φ350-0.025mm外圆,跳动量小于0.015mm,车外圆Φ380-0.025mm至尺寸要求,保证长度25mm,车内孔Φ280+0.033mm,保证长度100+0.10mm;倒角1×45°、2×45°和0.3×45°成型。

该方法理论上讲,加工后利用两顶尖装夹方式,通过百分表找同轴度和圆跳动是符合实际加工精度要求的,但是往往由于机床误差及加工误差等因素,实际得到的尺寸有一定的偏差。

1.3 加工方法改进。

实际加工以后发现两顶尖装夹测量的同轴度和圆跳动一般超差0.035-0.3mm不等。为保证圆跳动和同轴度精度达图,在零件一的加工中,我们可以先不打中心孔,可以使用开缝套筒,使夹紧力均匀的分布在Φ23外圆四周,以改变工件因局部受力使压强不均匀的状态,从而达到了减小变形的目的。在加工零件二时,为了保证圆跳动就必须保证Φ2000.033、Φ350-0.025和Tr32×6-8e在同一次安装中加工,这样排除了由于安装方法可能带来的影响。先夹持右端15-20mm加工零件左端时,可以把左端先粗车成形,然后夹持螺纹找正Φ380-0.025车偏心和孔,并在加工孔时加工外圆Φ380-0.025至尺寸要求,这样就同时保证了偏心距和同轴度的精度要求。掉头使用开缝套筒夹持Φ380-0.025,伸出长度不小于90mm,用百分表找正Φ380-0.025把左端精车至尺寸要求。再配合好以后用开缝套筒夹持Φ2000.033外圆,同时用百分表找正Φ380-0.025以后打零件一的中心孔。在加工中还应注意粗车加工Φ200+0.033、Φ350-0.025和Tr32×6-8e时必须留够精车余量,否则将影响精加工尺寸。其次用百分表找正Φ380-0.025时要找同一个位置。

2 该方法的原理简述

此方法主要是采用开缝套筒来加工零件,从而实现零件同轴度和圆跳动精度控制。我们若采用铜皮的装夹方式来加工,工件多次装夹的同轴度很难保证,若发生倾斜,虽然用百分表找正了Φ350-0.025外圆,但是当工件在Φ350-0.025外圆轴向倾斜0.01mm时,此时在Φ200+0.033外圆就偏离接近0.1mm,工件加工以后成弓形了。

由于零件是配合件,存在一定的间隙量,所以无论加工精度多高,配合以后都还存在一定的间隙量。那么此时改变零件的加工方式,零件得外圆与孔保持间隙较小的配合,以工件内孔为基准来达到同轴度精度的控制方法。对于零件二在粗车时把工件左端留一定的精加工余量,使用开缝套筒最后精车工件左端至尺寸要求,保证了在一次安装中加工。

车床加工中,还有很多保证加工精度的方法,值得不断地去探索研。

参考文献

[1]冯之敬.机械制造工程原理[M].清华大学出版社,1998.

[2]劳动和社会保障部教材办公室.车工工艺学[M].中国劳动社会保障出版社,2005.