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譯文
面向提高加工零件幾何質(zhì)量的機(jī)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(gè)允許機(jī)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(gè)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(gè)幾何模型和第一批生產(chǎn)零件的對(duì)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(jī)床）其后的零件在最大程度上遵循功能需求時(shí)機(jī)床的特定行為。至少，這個(gè)方法給出了統(tǒng)計(jì)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(jī)械加工; 公差
引言
如今市場(chǎng)的波動(dòng)和時(shí)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(fèi)同時(shí)減少延遲的情況下設(shè)計(jì)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(jì)，計(jì)劃進(jìn)程甚至是產(chǎn)品系統(tǒng)都要同時(shí)進(jìn)行。
圖1展示了集成設(shè)計(jì)和制造中包含的不同項(xiàng)目。我們注意到產(chǎn)品（或工作部件），制造進(jìn)程（機(jī)器加工，成型，裝配等等）以及制造原料（機(jī)械，工具）以便于獲得生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)還有可制造工作部件甚至是制造系統(tǒng)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)際機(jī)制所必要的進(jìn)程組成。這個(gè)交互作用必須解決幾個(gè)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(fèi)，市場(chǎng)，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(duì)于每個(gè)使用者（設(shè)計(jì)室，制造，銷售，生產(chǎn)等等）其中的任何一個(gè)都必須是具有代表性，而且貫穿產(chǎn)品生命周期的幾個(gè)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(jī)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(diǎn)。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(hào)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(shí)際變形大的原因，因?yàn)閮H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(jī)械零件中。這樣，目標(biāo)是為了控制機(jī)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(jī)械制造幾何定義的一個(gè)子集。僅限于幾何方面，設(shè)計(jì)產(chǎn)品需要兩個(gè)研究。
第一個(gè)由選擇被設(shè)計(jì)的解決方案和提出實(shí)際機(jī)械制造的制造進(jìn)程組成。實(shí)際制造是功能需求的解釋。這項(xiàng)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(gè)研究分析并驗(yàn)證了先前研究的結(jié)果。機(jī)械制造的兩個(gè)方面在同一時(shí)間被研究。
-定義了名義上幾何的標(biāo)注尺寸。
-對(duì)實(shí)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(jì)給出公差的目標(biāo)：
公差的目標(biāo)包括控制機(jī)械制造中介于實(shí)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(gè)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(jī)床。
因此，調(diào)整是常用公差問題中的實(shí)踐性和技術(shù)性方面。調(diào)整和公差有著相同的目的。
機(jī)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(gè)功能要求的準(zhǔn)確表達(dá)。通常，裝配和定位是兩個(gè)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(diǎn)沒有任何一個(gè)妨礙互換性邊界，這個(gè)機(jī)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(gè)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(gè)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(píng)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(shí)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(gè)產(chǎn)品不是最優(yōu)的。
實(shí)際上，根據(jù)ISO語言中的定位條件，沒有人可以使機(jī)械工具最優(yōu)化。除了公差帶中的錯(cuò)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(cè)為有實(shí)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(jī)床要求連接加工表面和機(jī)床的工作部分。由于調(diào)整工作、加工進(jìn)程以及機(jī)床的動(dòng)靜行為造成的許多錯(cuò)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(jī)床建造人員會(huì)在傳統(tǒng)機(jī)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(shí)際位置產(chǎn)生位移。這個(gè)顯示數(shù)量的尺寸就是長(zhǎng)度。
反過來，（因?yàn)椋┧_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(shí)踐中，這些需求必須被翻譯為兼容長(zhǎng)度的尺寸。因此，測(cè)量任務(wù)的目標(biāo)是評(píng)定功能的遵循情況以及在兼容調(diào)整參數(shù)下給出測(cè)量數(shù)量。顯示數(shù)量和測(cè)量數(shù)量的差值給出測(cè)量參數(shù)調(diào)整值。
3．3 調(diào)整模型校正測(cè)定
我們規(guī)定在互換性邊界的幾何表現(xiàn)（圖）上建立一個(gè)模型。與調(diào)整參數(shù)一致的尺寸的變化，允許我們對(duì)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(cè)量機(jī)初次加工的零件給出的幾何圖。在移動(dòng)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(jī)會(huì)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(shí)，兩個(gè)螺栓必須與零件配合。蓋子是在傳統(tǒng)機(jī)床上加工，用一個(gè)鉆孔工具鉆出兩個(gè)直徑為12.5mm的孔，位于A平面。一個(gè)鉆孔工具完成直徑28mm的孔。三個(gè)縱向可調(diào)下降保護(hù)器將每個(gè)床身固定在工作位置。機(jī)器給出其他的交叉位置以及鉆孔指示。
這與數(shù)控機(jī)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(gè)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(jiǎn)元素和尺寸特性代表著每個(gè)特征。然后這個(gè)模型根據(jù)機(jī)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(cè)定。
首先，機(jī)床根據(jù)零件的表面尺寸被初次調(diào)整。接下來，第一個(gè)零件被加工。通過使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)定作業(yè)從被加工零件的表面提取點(diǎn)?，F(xiàn)在，一系列被測(cè)點(diǎn)Mi代表者每個(gè)特征。
調(diào)整模型和被提取點(diǎn)間的偏差
我們現(xiàn)在還在尋找調(diào)整模型和被提取點(diǎn)之間的最佳配合。我們必須指定被測(cè)點(diǎn)Mi和屬于調(diào)整模型其自身的點(diǎn)I之間的偏差。出于這個(gè)考慮我們采用隔離初始調(diào)整模型而是使用點(diǎn)I的運(yùn)動(dòng)定義的非共面直線對(duì)位移的原則。我們采用被測(cè)點(diǎn)和移動(dòng)模型表面的點(diǎn)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(cè)點(diǎn)的知識(shí)，約束可以確定移動(dòng)模型的表面點(diǎn)。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(duì)于初始位置的最小幾何約簡(jiǎn)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(duì)正式表達(dá)了初始約簡(jiǎn)元素的移動(dòng)。
這個(gè)關(guān)系給出了投影在R基準(zhǔn)面上的點(diǎn)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(diǎn)O變化的微小位移的構(gòu)成。
這個(gè)SDT也可以被等同的描述為一個(gè)4*4矩陣。
這些數(shù)學(xué)關(guān)系允許我們輕松的計(jì)算出每個(gè)特征（通過其自身的幾何約簡(jiǎn)元素定義）的不同模型（表面的，運(yùn)動(dòng)的）和依附于零件定義的其特別因素（特性）。
運(yùn)動(dòng)約簡(jiǎn)元素描繪出了調(diào)整模型。被測(cè)點(diǎn)Mi和表面點(diǎn)I之間的偏差被運(yùn)動(dòng)約簡(jiǎn)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(duì)于每種形狀（平面，圓柱），偏差從初始模型的約簡(jiǎn)元素中表達(dá)其自身，被測(cè)點(diǎn)，非共面直線對(duì)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(cè)點(diǎn)和其表面點(diǎn)間偏差的不同操作。
這個(gè)模型代表了依附于機(jī)床的表面零件，與機(jī)床的調(diào)整因素相一致的初始因素，且每個(gè)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(jī)床和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)配合。未知數(shù)和因素的變化會(huì)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(cè)點(diǎn)的移動(dòng)形變模型。盡管如此，被測(cè)點(diǎn)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(duì)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(cè)點(diǎn)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(gè)優(yōu)化（問題）。
圖8展示了改良環(huán)的回轉(zhuǎn)（運(yùn)動(dòng)）。
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(shí)際加工中運(yùn)用。我們注意到首批零件（加工）之后機(jī)床調(diào)整應(yīng)有一個(gè)合理、迅速的改良。確實(shí)，這個(gè)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(cuò)誤。通常來說，靜態(tài)調(diào)整錯(cuò)誤比制造錯(cuò)誤要大。考慮了接下來的零件，我們已經(jīng)規(guī)定了一個(gè)策略來改良機(jī)床調(diào)整以及糾正殘余加工錯(cuò)誤。以簡(jiǎn)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(duì)立變化，被j除。
結(jié)論評(píng)論：
因?yàn)槲覀兦蟪隽苏{(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(gè)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(gè)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(huì)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(gè)方法的運(yùn)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(yàn)允許我們根據(jù)功能需求去控制制造偏差。根據(jù)單個(gè)進(jìn)程的實(shí)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