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经典图书 0 引言 计算机辅助公差设计就是在机械产品的设计、加工、装配和检验等过程中,利用计算机对产品及其零/部件的尺寸和公差进行并行优化选择和监控,力图用最低的成本,设计并制造出满足用户精度要求的产品。在公差设计过程中,需要同时考虑尺寸公差和形位公差,以保证产品的功能要求。传统的公差设计手段普遍依靠有关资料上的经验公式、数据和图表,采用类比方法进行人工设计,由于形位公差较为复杂,所以人们往往只侧重于尺寸公差而很少关注形位公差。有了计算机后,即使人们应用一些CAD软件,也仅能实现公差标注,这种公差设计的方式不可能迅速达到既满足产品精度要求,又获得较低成本的公差设计效果。总之目前计算机辅助公差设计的研究应用滞后于计算机辅助设计制造。
本文使用SolidWorks ToIAnalyst软件进行辅助公差设计,根据装配体的功能要求和零件配合类型在知识库中进行知识匹配,以获取包含尺寸公差和形位公差的装配尺寸链并自动解算。
本文对印刷机咬纸机构装配误差这一具体实例进行了分析,在该实例的零件原图样中,牙片、牙体等零件只标注了尺寸公差,并未考虑形位公差,按照图样设计制造出的零/部件,在装配过程中,多组咬纸牙咬纸面与牙垫处于点接触或线接触的状态而无法准确地咬纸。本文正是基于这一具体问题,使用SolidWorks进行辅助公差设计,改进零件的尺寸和形位公差以满足装配精度要求,解决咬纸牙咬纸面点接触或线接触的问题。
1 装配尺寸链及SolidWorks公差分析
1.1 装配尺寸链
装配尺寸链是以某项装配精度指标作为封闭环,查找所有与该项目精度指标有关的零件尺寸作为组成环而形成的尺寸链。其中,在零件加工或机器装配过程中,最后间接获得的尺寸称为封闭环,装配尺寸链的封闭环就是装配后的精度。尺寸链中除封闭环以外的其余尺寸称为组成环。在其他组成环不变的条件下,若某一组成环的尺寸增大,封闭环的尺寸也随之增大;或者该组成环尺寸减小,封闭环中的尺寸也随之减小,则该组成环为增环,反之则为减环。
利用装配尺寸链进行公差设计是产品设计制造中的一个重要内容,在解决装配累积误差问题时,建立并解算装配尺寸链是最关键的问题,而装配约束关系、装配特征和装配信息在装配尺寸链提取中又起着重要的作用,也是计算机辅助公差系统的重要组成部分。
1.2 SolidWorks公差分析原理
SolidWorks是一种参数化的CAD系统,通过API函数接口来访问内部对象,然后通过对象的属性和方法可以得到更加具体的特征参数。装配尺寸链的生成依赖于零件间的配合关系和零件自身特征尺寸信息的表达和存储。当用户指定封闭环之后(两个有配合关系的特征),系统以封闭环的一个特征为起点,按照一定方向搜索相关特征形成尺寸链,并且区分出组成环的增减性并建立设计函数,一直搜索到所指定封闭环的另一个特征为止,最终建立完整的装配尺寸链。
TolAnalyst是SolidWorks中的一个公差分析工具,主要用来研究分析尺寸和公差对零件和装配体的影响,另外它也结合统计学的公差分析应用程序,将最后的研究结果列出,包括最小和最大公差堆迭、最小和最大平方根总和(RSS)公差堆栈及一份有影响的尺寸公差清单,此清单可以针对影响最大的尺寸公差去做修改,并逐步让产品趋近于理想值。
使用SolidWorks辅助公差设计,对某一装配体进行具体分析,改进零/部件的公差,首先要使用DimXpert项对所有零件标注基本尺寸和公差(尺寸公差和形位公差),然后使用TolAnalyst进行公差分析计算,步骤为:1)在两个特征之间生成一个测量特征;2)在测量特征之间生成装配体顺序;3)为每个零件应用约束;4)评估结果。
2 印刷机咬纸机构装配误差分析实例
印刷机咬纸机构的可靠性,是保证印刷生产高速度、印刷产品高品质的重要手段之一。因此分析咬纸机构装配误差,通过合理设计零件公差来保证装配精度是十分必要的。
2.1 咬纸机构模型建立
为了保证对装配误差的准确分析,需要建立准确的咬纸机构模型。印刷机传纸滚筒咬纸机构如图1所示,其主要由铸造滚筒架、咬纸牙轴、牙片、牙体、牙箍、牙垫、支撑块以及轴承、定位销、弹簧、螺栓等几部分组成。咬纸牙排上分布12组咬纸牙,共同装配在一个咬纸牙轴上,咬纸牙之间的距离是可调的。
图1 印刷机传纸滚筒咬纸机构
1.铸造滚筒架2.咬纸牙轴3.轴承4.牙箍
5.牙体6.牙垫7.定位销8.牙片9.支撑块 |
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