趙啟焱 羅明生 黃 超

（鄭州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

現(xiàn)代制造技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)八十年代就已經(jīng)被提出來(lái)了，制造技術(shù)經(jīng)歷了由手工到機(jī)械的發(fā)展過(guò)程，機(jī)械代替手工使得產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率得以提高，同時(shí)也使得勞動(dòng)力得以解放，避免了繁重的體力勞動(dòng)，從而產(chǎn)生了機(jī)械制造技術(shù)。

在制造技術(shù)中，制造系統(tǒng)分為物質(zhì)系統(tǒng)、能量系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，其中物質(zhì)系統(tǒng)的一個(gè)很重要的組成部分是工件的裝配系統(tǒng)，傳統(tǒng)的裝配系統(tǒng)需要依靠人工進(jìn)行工件的裝配和定位誤差的測(cè)算及調(diào)整，這就大大限制了整個(gè)制造系統(tǒng)的質(zhì)量與效率。利用三維建模軟件則可以提高這個(gè)過(guò)程的效率，并將其與信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的對(duì)接，促進(jìn)整個(gè)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化。

在零件的加工中，零件的加工質(zhì)量是保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。零件的加工質(zhì)量包括零件的機(jī)械加工精度和加工表面質(zhì)量?jī)纱蠓矫?。其中機(jī)械加工精度是機(jī)械制造工藝學(xué)的主要研究問(wèn)題。機(jī)械加工精度是指理想幾何參數(shù)與零件實(shí)際幾何參數(shù)之間的符合程度；加工誤差就是用來(lái)描述加工精度的一個(gè)具體的數(shù)值，即加工精度的高低就是藉由加工誤差的大小來(lái)表示的。

零件的加工精度包含三個(gè)方面的內(nèi)容：尺寸精度、形狀精度和位置精度。一般情況下，零件的加工精度和零件的加工成本是正相關(guān)的，同時(shí)加工精度越高，生產(chǎn)效率則越低，因此加工精度的具體高低需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)零件具體的使用條件和客戶的要求來(lái)合理地柔性地制定工件的加工精度。與此同時(shí)，零件加工的工藝人員則需要根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和具體的生產(chǎn)條件制定對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程，以保證零件的加工精度要求得以實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上盡量降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。

在機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)中的種種誤差，在不同的具體條件下，分別以不同的方式和程度反映到了加工誤差中，所以把工藝系統(tǒng)的誤差稱之為原始誤差。在原始誤差中，與工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)的稱為幾何誤差，在幾何誤差中很大一部分就是工件的定位誤差。

工件裝配中的定位誤差是由于工件在夾具上（或機(jī)床上）定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。其本質(zhì)是工件在夾具上定位后工件的工序基準(zhǔn)在加工要求方向上的最大的變動(dòng)量。定位誤差來(lái)源自基準(zhǔn)位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，它們分別定位元件的制作誤差和定位基準(zhǔn)的選擇不同而引起的。定位誤差的傳統(tǒng)計(jì)算方法主要有以下三種：

（1）合成法：即分別計(jì)算基準(zhǔn)位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，然后再在加工方向上進(jìn)行合成。

（2）定義法：根據(jù)定位誤差的本質(zhì)即工序基準(zhǔn)的最大變動(dòng)量來(lái)計(jì)算定位誤差。

（3）微分法：用幾何方法得出某定位尺寸的表達(dá)式，然后對(duì)其進(jìn)行微分，最終求得其定位誤差。

上述三種定位誤差的計(jì)算方法看似不同，但本質(zhì)上是相似的，都是在二維平面上進(jìn)行分析，得到相關(guān)表達(dá)式后代入數(shù)據(jù)得出計(jì)算結(jié)果，過(guò)程十分繁瑣，并且分析的過(guò)程需要依靠人工完成，極大地限制了工件加工的效率。

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)模擬的虛擬環(huán)境下進(jìn)行定位誤差的分析與計(jì)算成為可能，這為制造技術(shù)中的工件安裝過(guò)程提供了很大的便利。

例如在SolidWorks裝配體環(huán)境下，可以使用軟件中的“測(cè)量工具”快速而又準(zhǔn)確地得到定位誤差的具體數(shù)值，其分析過(guò)程的基本思想是建立在“定義法”的基礎(chǔ)之上的，其具體的分析計(jì)算方法是：

（1）利用SolidWorks建立定位元件與工件的三維模型并分別保存。

（2）利用SolidWorks新建一個(gè)裝配體，將第一步中的兩個(gè)三維實(shí)體作為裝配零件調(diào)入，并進(jìn)行模擬工件裝夾的情況進(jìn)行裝配。

（3）在裝配體中建立一系列點(diǎn)、線、面與工件的工序基準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)。例如利用SolidWorks中的“臨時(shí)軸”命令，來(lái)快速建立內(nèi)孔或者是外圓的中心線作為工序基準(zhǔn)。

（4）接下來(lái)需要分析影響工序基準(zhǔn)在加工方向上變動(dòng)的因素，再分別以各個(gè)影響因素的最小或者最大尺寸對(duì)董建重建模型，從而得到工序基準(zhǔn)兩個(gè)上下極限位置；多個(gè)獨(dú)立因素會(huì)分別影響工序基準(zhǔn)變動(dòng)，獨(dú)立因素中的尺寸因素可以直接用于重建模型，而同軸度等位置因素引起的工序基準(zhǔn)變動(dòng)量則需要進(jìn)行簡(jiǎn)單相加后再用于重建模型。

（5）在SolidWorks中選擇使用尺寸測(cè)量工具，分別測(cè)量在上述的兩種極限位置下工序基準(zhǔn)沿加工要求方向至夾具體上的某一個(gè)固定的參考位置的距離，兩次測(cè)量值之間的差的絕對(duì)值即是所要求的定位誤差。

這種方法的計(jì)算精度可以在SolidWorks的文檔屬性的單位選項(xiàng)中自行設(shè)定。隨著三維的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展，這種方法具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)代制造技術(shù)在向著信息化集成化的方向發(fā)展，那么將定位誤差的分析計(jì)算利用三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以與整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息對(duì)接。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段即可在虛擬環(huán)境下利用三維模型對(duì)可能出現(xiàn)的定位誤差進(jìn)行分析計(jì)算，然后根據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)方案或者工件的裝夾方案的改進(jìn)，可以有效的避免出現(xiàn)過(guò)大的定位誤差而造成工件加工制造的損失；同時(shí)也可以利用已經(jīng)設(shè)計(jì)完善的夾具的三維模型，導(dǎo)入三維設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行定位誤差的分析計(jì)算，以省去定位方案的建模過(guò)程，快速得到結(jié)果。根據(jù)以上的論述，可見這種利用三維建模軟件進(jìn)行定位誤差計(jì)算的方法具有廣闊的應(yīng)用前景以及極大的開發(fā)空間。

[1]王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：260-272