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譯文
面向提高加工零件幾何質(zhì)量的機床優(yōu)化調(diào)整
摘要:
制造工業(yè)必須提升其工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，這就是為什么工業(yè)需要質(zhì)量可控性工具以及方法的原因。在本文中，為了盡可能保證適用于零件的一系列功能設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，我們提出了一個允許機械工具優(yōu)化調(diào)整的方法。設(shè)備必須使用ISO標(biāo)準(zhǔn)定義的最大的材料設(shè)備。
根據(jù)所提出的方法做出了一個幾何模型。富含調(diào)整參數(shù)的互換性邊界構(gòu)成了該模型的基礎(chǔ)。這個幾何模型和第一批生產(chǎn)零件的對比使我們獲得了調(diào)整參數(shù)的變量。這些變量可以直接糾正了（機床）其后的零件在最大程度上遵循功能需求時機床的特定行為。至少，這個方法給出了統(tǒng)計型進(jìn)程控制邁出了的第一步。
關(guān)鍵詞：調(diào)整; 幾何質(zhì)量控制; 機械加工; 公差
引言
如今市場的波動和時尚要求越來越需求創(chuàng)新和不同的模式。隨著批量規(guī)模的縮小，在盡可能降低花費同時減少延遲的情況下設(shè)計生產(chǎn)最優(yōu)產(chǎn)品是必要的，因此，必須采用并行工程的概念，這在工業(yè)和學(xué)術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。零件的設(shè)計，計劃進(jìn)程甚至是產(chǎn)品系統(tǒng)都要同時進(jìn)行。
圖1展示了集成設(shè)計和制造中包含的不同項目。我們注意到產(chǎn)品（或工作部件），制造進(jìn)程（機器加工，成型，裝配等等）以及制造原料（機械，工具）以便于獲得生產(chǎn)進(jìn)度，同時還有可制造工作部件甚至是制造系統(tǒng)。產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo)由規(guī)定所有操作，資源以及最適于功能需求的實際機制所必要的進(jìn)程組成。這個交互作用必須解決幾個問題：產(chǎn)品質(zhì)量，預(yù)期壽命，產(chǎn)品反應(yīng)能力等等，而且約束條件為：花費，市場，安全性，合法性等等。為了解決這些諸多問題，方法，模型和工具已被使用。對于每個使用者（設(shè)計室，制造，銷售，生產(chǎn)等等）其中的任何一個都必須是具有代表性，而且貫穿產(chǎn)品生命周期的幾個階段。
在本文中，我們將致力于制造產(chǎn)品的幾何質(zhì)量。其中一種提高產(chǎn)品質(zhì)量的方式是通過以下方式控制幾何公差：
-調(diào)整機床以便于在最大程度上遵循適用于零件的功能需求。
-模擬制造失誤引起的幾何影響并調(diào)整參數(shù)以遵循功能需求。
因此，我們提出一些工具和方法允許我們解決第一點。我們工作在大規(guī)模生產(chǎn)的制造環(huán)境中。這些零件有相同的尺寸且每種型號的零件都彼此相隔開。我們假設(shè)它們是嚴(yán)格關(guān)注局部變形和整體變形。這就是為什么制造誤差比實際變形大的原因，因為僅有調(diào)整和公差是可控的。此外，我們也可連接調(diào)整參數(shù)的值和功能需求的值，即適用在機械零件中。這樣，目標(biāo)是為了控制機床的調(diào)整參數(shù)，使它滿足功能需求。
調(diào)整任務(wù)與公差任務(wù)，為了了解調(diào)整的問題，首先我們不得不定義公差作業(yè)。公差作業(yè)是機械制造幾何定義的一個子集。僅限于幾何方面，設(shè)計產(chǎn)品需要兩個研究。
第一個由選擇被設(shè)計的解決方案和提出實際機械制造的制造進(jìn)程組成。實際制造是功能需求的解釋。這項研究的主要目的是獲得技術(shù)繪制。繪制需要極其重視各零件間的關(guān)系，尤其是制造生產(chǎn)中的（關(guān)系）。
第二個研究分析并驗證了先前研究的結(jié)果。機械制造的兩個方面在同一時間被研究。
-定義了名義上幾何的標(biāo)注尺寸。
-對實際幾何和名義上幾何之間的細(xì)小偏差感興趣的公差。
因此，我們現(xiàn)在可以根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計給出公差的目標(biāo)：
公差的目標(biāo)包括控制機械制造中介于實際幾何和名義幾何間的小偏差以便于最大程度遵循其功能需求。
如果問題是控制制造前小偏差的影響，我們不得不解決一個模擬產(chǎn)品繪圖的問題來展示結(jié)果。
如果小偏差的控制發(fā)生在制造期間，我們不得不調(diào)整機床。
因此，調(diào)整是常用公差問題中的實踐性和技術(shù)性方面。調(diào)整和公差有著相同的目的。
機床的調(diào)整
3．1 功能要求和ISO語言
關(guān)于調(diào)整的定義，優(yōu)化調(diào)整需要一個功能要求的準(zhǔn)確表達(dá)。通常，裝配和定位是兩個有幾何表達(dá)的被研究的功能要求。
邊界的概念巧妙的解釋了裝配環(huán)境。如果它所有加工點沒有任何一個妨礙互換性邊界，這個機械裝置的零件就能配合其他所有部分。ISO標(biāo)準(zhǔn)5允許材料在最大需求條件下在垂直方向的使用。這種情況描繪了近乎完美的邊界概念和功能需求裝配。如果一個被制造零件整體位于互換性邊界的良好一側(cè)，它才適合使用。在不違反邊界條件下如果一個零件的物質(zhì)接近邊界反而更好。因此，偏差，更準(zhǔn)確的說，是遵循功能、介于部件和邊界的數(shù)值評估差值。
另一方面，ISO標(biāo)準(zhǔn)語言并不能被準(zhǔn)確翻譯其定位的功能需求。實際上，標(biāo)準(zhǔn)語言不能完全地考慮不同形式的影響或局部變形的影響。根據(jù)技術(shù)繪圖，主要影響是優(yōu)良零件不與其他零件相容，且根據(jù)功能（需求）優(yōu)良零件也被拒絕（使用）。因此，這個產(chǎn)品不是最優(yōu)的。
實際上，根據(jù)ISO語言中的定位條件，沒有人可以使機械工具最優(yōu)化。除了公差帶中的錯誤分布之外，公差的ISO幾何模型考慮了所有形式的特征偏差。因此，裝配的兩零件間的位置偏差并不被推測為有實際關(guān)聯(lián)。這就是為什么這篇文章提供了一種僅考慮裝配條件的方法的原因。此外，為了加大優(yōu)化程度，裝配條件必須采用材料需求最大值以及垂直方向。
圖3展示了調(diào)整過程中出現(xiàn)的不同數(shù)量以及零件加工的防未知干擾調(diào)整。
調(diào)整機床要求連接加工表面和機床的工作部分。由于調(diào)整工作、加工進(jìn)程以及機床的動靜行為造成的許多錯誤和未知性，因而這不能一次成功。這些不確定性就是制造偏差的起因。為了控制一些例如螺栓、可逆性位移和導(dǎo)軌缺陷等一些不確定性因素影響，機床建造人員會在傳統(tǒng)機床的數(shù)控單元或可調(diào)下降保護(hù)器中放置一些調(diào)整元素。這些參數(shù)的修改允許不確定帶相較于實際位置產(chǎn)生位移。這個顯示數(shù)量的尺寸就是長度。
反過來，（因為）它確保遵循功能需求，所以加工的尺寸數(shù)量更加復(fù)雜。所以在實踐中，這些需求必須被翻譯為兼容長度的尺寸。因此，測量任務(wù)的目標(biāo)是評定功能的遵循情況以及在兼容調(diào)整參數(shù)下給出測量數(shù)量。顯示數(shù)量和測量數(shù)量的差值給出測量參數(shù)調(diào)整值。
3．3 調(diào)整模型校正測定
我們規(guī)定在互換性邊界的幾何表現(xiàn)（圖）上建立一個模型。與調(diào)整參數(shù)一致的尺寸的變化，允許我們對模型變形。例如，這允許我們用調(diào)整最佳的模型去配合通過被坐標(biāo)測量機初次加工的零件給出的幾何圖。在移動和變形模型之后，尺寸的變化給出了調(diào)整參數(shù)精確的調(diào)整值。因此，在已經(jīng)介紹了這些校正后，接下來被加工零件就有更多機會去配合最佳互換性邊界，因而符合功能需求。
幾何調(diào)整方法
為了解釋提出的方法，我們使用了工業(yè)調(diào)整問題中具有代表性的應(yīng)用。下面的技術(shù)繪圖（圖4）
根據(jù)ISO2692標(biāo)準(zhǔn)中的敘述規(guī)定了被制造零件。其第一功能就是要遵循裝配環(huán)境：當(dāng)蓋子位于A平面且一根軸穿過C圓筒時，兩個螺栓必須與零件配合。蓋子是在傳統(tǒng)機床上加工，用一個鉆孔工具鉆出兩個直徑為12.5mm的孔，位于A平面。一個鉆孔工具完成直徑28mm的孔。三個縱向可調(diào)下降保護(hù)器將每個床身固定在工作位置。機器給出其他的交叉位置以及鉆孔指示。
這與數(shù)控機床沒有區(qū)別；僅是我們來處理數(shù)字中斷罷了。
幾何調(diào)整模型
幾何調(diào)整模型是基于垂直條件的幾何特征結(jié)構(gòu)。特征安裝在準(zhǔn)確位置。這個模型必須包括使用最大材料需求定義數(shù)據(jù)的特征。最小幾何約簡元素和尺寸特性代表著每個特征。然后這個模型根據(jù)機床的可調(diào)整能力被參數(shù)化。L1和L2使縱向孔位置參數(shù)化。R1、R2和R3使孔直徑參數(shù)化。L1，L2，R1，R2，R3在ISO17450-1的協(xié)調(diào)下均被參數(shù)化，換句話說，根據(jù)波音的定義它們幾乎是關(guān)鍵流程參數(shù)，
初始調(diào)整，鉆孔以及測定。
首先，機床根據(jù)零件的表面尺寸被初次調(diào)整。接下來，第一個零件被加工。通過使用坐標(biāo)測量機的測定作業(yè)從被加工零件的表面提取點?，F(xiàn)在，一系列被測點Mi代表者每個特征。
調(diào)整模型和被提取點間的偏差
我們現(xiàn)在還在尋找調(diào)整模型和被提取點之間的最佳配合。我們必須指定被測點Mi和屬于調(diào)整模型其自身的點I之間的偏差。出于這個考慮我們采用隔離初始調(diào)整模型而是使用點I的運動定義的非共面直線對位移的原則。我們采用被測點和移動模型表面的點之間偏差的準(zhǔn)確表達(dá)。
這種方法表明通過表面特征的幾何特性和被測點的知識，約束可以確定移動模型的表面點。然而，常規(guī)加工特征中一直是可行的：平面，圓柱，球，圓錐，拋物線，大齒輪表面等等。對于初始位置的最小幾何約簡元素的認(rèn)知定規(guī)定了初始調(diào)整模型。微位移非共面直線對正式表達(dá)了初始約簡元素的移動。
這個關(guān)系給出了投影在R基準(zhǔn)面上的點O出位移因素：
-α，β，γ 是R基準(zhǔn)面中S小三角位移的構(gòu)成。
-u,v,w是屬于S的點O變化的微小位移的構(gòu)成。
這個SDT也可以被等同的描述為一個4*4矩陣。
這些數(shù)學(xué)關(guān)系允許我們輕松的計算出每個特征（通過其自身的幾何約簡元素定義）的不同模型（表面的，運動的）和依附于零件定義的其特別因素（特性）。
運動約簡元素描繪出了調(diào)整模型。被測點Mi和表面點I之間的偏差被運動約簡元素正式求出。初始模型的原始因素允許變大而產(chǎn)生形變。
因此，對于每種形狀（平面，圓柱），偏差從初始模型的約簡元素中表達(dá)其自身，被測點，非共面直線對的未知數(shù)以及模型初始因素的變化。
圖7展示了小于被測點和其表面點間偏差的不同操作。
這個模型代表了依附于機床的表面零件，與機床的調(diào)整因素相一致的初始因素，且每個缺口代表著首批零件和表面零件間的偏差。未知數(shù)允許我們將不同數(shù)據(jù)的機床和坐標(biāo)測量機配合。未知數(shù)和因素的變化會改變偏差。解決調(diào)整因素的校正解決校正等于找到約束條件下最優(yōu)化問題的答案。答案的目標(biāo)是找出最適合被測點的移動形變模型。盡管如此，被測點并不違反模型的限制。
數(shù)學(xué)描述為：
目標(biāo) 零件和調(diào)整模型的最佳配合
我們找到了最大偏差的最小值
約束 對任意偏差小于零，如果正交矢量的方向沒有偏離問題，就沒有被測點違反模型的限制
因素 SDT未知數(shù)和模型自身的特別因素
約束條件下最優(yōu)化的結(jié)果給出了特別因素的準(zhǔn)確值，這樣之后的零件就能最好的適合功能需求。經(jīng)典求解程序軟件的使用可以通過數(shù)字法或分析法來解決這個優(yōu)化（問題）。
圖8展示了改良環(huán)的回轉(zhuǎn)（運動）。
圖9展示了調(diào)整模型和首批零件之間最佳配合的最后相關(guān)位置。
我們已經(jīng)將這種方法在一些實際加工中運用。我們注意到首批零件（加工）之后機床調(diào)整應(yīng)有一個合理、迅速的改良。確實，這個進(jìn)程糾正了初始靜態(tài)調(diào)整偏差但是卻留下了一些與首批零件加工偏差一致的錯誤。通常來說，靜態(tài)調(diào)整錯誤比制造錯誤要大?？紤]了接下來的零件，我們已經(jīng)規(guī)定了一個策略來改良機床調(diào)整以及糾正殘余加工錯誤。以簡單的例子，零件j之后的因素p的糾正 Cj等同于零件j獲得的因素Pj的對立變化，被j除。
結(jié)論評論：
因為我們求出了調(diào)整因素在最符合功能需求條件下的調(diào)整值，（所以）提出的方法是最優(yōu)化的。有了這個方法，盡管每次糾正是屬于單維空間，我們?nèi)钥梢钥刂票患庸ち慵娜S方面。
即使它們不與調(diào)整因素相一致，這個方法也允許我們控制偏差引起的影響。描述那些偏差是沒有必要的。例如，孔的半徑的增加會控制鉆孔工具和支撐平面間的角度偏差；然而，我們沒有必要去確定它。
這個方法的運用足夠控制公差。公差的模擬不需要工藝。調(diào)整方法和經(jīng)驗允許我們根據(jù)功能需求去控制制造偏差。根據(jù)單個進(jìn)程的實踐選擇，零件是最優(yōu)制造的。
至少，這種方法是數(shù)控進(jìn)程的第一步。與監(jiān)督因素一致的偏差；調(diào)整因素控制進(jìn)程。
英文文獻(xiàn)翻譯