電腦輔助公差分析之研究 林俊明、劉大銘
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摘 要
本研究希望能以特徵為基礎之公差圖像表示法為理論，並以CAD實體幾何模型建構軟體為環境，建立一套能自動擷取產品 之特徵、尺寸、公差等屬性，並建立產品資訊資料庫，以期將來能進一步自動建立起一特徵為基之公差網路，並發展一套 路徑搜尋之演算法則，找主要的誤差累積路徑，並求出路徑中所累積的總誤差量，進而能合理的分配產品中之公差值為目 的。 本論文以Visual Basic 6.0為系統發展工具，並於利用對SolidWorks API的操控為技術，針對SolidWorks環境下之實體模 型為對象，擷取產品之尺寸、公差、特徵等資訊，並存放於Access 97/2000之資料庫，以期將來能夠納入PDM之一環。最 後乃將所擷取之資訊建立起一公差網路，並進行區間資料之公差累積。
關鍵詞 : 公差 ; 公差網路 ; 特徵
目錄
目 錄 封面內頁 簽名頁 授權書………iii 中文摘要………
………iv 英文摘要………vi 誌謝………
………viii 目錄………ix 圖目錄………
………xii 表目錄………xix 第一章 緒論……
………1 1.1研究動機……….……….….…1 1.2研究目的 及範圍……….……..2 1.3研究背景………3 1.3.1 尺寸鏈 ………...5 1.3.2空間尺寸與變異幾何模型………9 1.4系統環境需求………9 1.5論文大網………
…...10 第二章 公差分析理論……….…….11 2.1公差數學模型………
…….…….11 2.1.1公差之種類………11 2.1.2差值轉換矩陣理論及表示法………
………14 2.1.3尺寸與幾何公差數學模型之建立………...19 2.1.4區間資料的四則運算………
………26 2.2公差網路表示法……….….30 2.3誤差累積數學模型………
………..32 第三章 系統設計與建構………..35 3.1系統架構…………
………..35 3.1.1系統規劃………...35 3.1.2系統發展 工具………...36 3.2 Solidworks環境與其應用程式介面簡介……….………..40 3.3特?
判斷與資訊擷取模組……….……..42 3.3.1 特?座標判定………..46 3.3.2 特?凹凸判斷………..49 3.4 公差標註與資訊擷取模組………
….53 3.4.1 尺寸公差資訊的擷取………..53 3.4.2 幾何公差與基準特?符號資訊的擷取………
………..56 3.5 公差分析計算模組……….59 第四章 實例探討………
………..63 4.1 機器手臂之公差分析……….63 4.1.1 圖檔產生與公差產標註………
………..64 4.1.2 零件公差分析資訊擷取………..69 4.2 模具之公差分析…….………
………84 第五章 結論與未來展望………..91 5.1 結論………
………..91 5.2 系統完整性探討與未來展望……….92 參考文獻………
……….94 目錄A………...104 目錄B
………113 圖目錄 圖1.1 圓階桿A………
….…5 圖1.2 圓階桿A之方塊模型…….…………..………..….. 6 圖1.3 齒輪箱………....………..
……..…7 圖1.4 齒輪箱之方塊模型網路圖………...8 圖2.1 空間幾何拘束模型………
…………...14 圖2.2 空間中一點P與座標系統N、R之間之關係…………...15 圖2.3 尺寸公差之(a)線性公差(b)角度公差(c)直徑 公差……….19 圖2.4 真直度公差(a)作用於特?邊(b)作用於特?軸………….21 圖2.5 (a)真圓度公差(b)圓柱度公差………
……….22 圖2.6 定位公差作用於(a)中心點(b)軸(c)中心平面……….23 圖2.7 區間資料三種型態………
………...27 圖2.8 零件組合圖………...30 圖2.9 特?及座標位置示意………
………...31 圖2.10 特?組合圖………...32 圖3.1 系統架構圖………
………...39 圖3.2 特?資訊擷取流程圖………...45 圖3.3 特?座標判定………
………...46 圖3.4 特?座標判斷流程圖………...48 圖3.5 三角形嵌滿面示意圖…
………...49 圖3.6 凹凸特?判斷說明圖………...50 圖3.7 凹凸特?判斷流程圖
………...52 圖3.8 工程圖特?總管欄………...55 圖3.9 幾何公差屬性對 話框………...57 圖3.10 主程式之公差分析運算介面………..59 圖3.11 兩筆區間 資料之四則運算………..60 圖3.12 區間資料輸入說明………..60 圖3.13 單 筆座標之平移與旋轉運算………..61 圖3.14 兩筆座標之平移與旋轉轉換運算………..62 圖3.15 各種形式的公差轉換成差值矩陣………..62 圖4.1 機械手臂組合圖………
…..63 圖4.2 特?抑制功能畫面………..64 圖4.3 特?抑制示意圖………
……..65 圖4.4 特?抑制後之機械手臂………..65 圖4.5 工程圖公差產生器………
………..66 圖4.6 尺寸選擇畫面說明圖………..67 圖4.7 幾何公差標註對話框 ………
……….67 圖4.8 幾何公差符號選擇對話框………..68 圖4.9 工程圖註解輸入對話框………
………..68 圖4.10 檔案下拉式功能表現窗畫面………..69 圖4.11 系統主程式視窗畫面………
………...70 圖4.12 輸入特?資料庫名稱對話框 ..………..70 圖4.13 詢問是否覆蓋資料表 ………
……….71 圖4.14 特?計數器………...……71 圖4.15 特?資料擷取完成對話 框………..72 圖4.16 特?資訊資料表瀏覽器………..72 圖4.17 幾何拘束作用種類 圖………...73 圖4.18 補充個別參考公差資訊………..74 圖4.19 補充交互參 考公差資訊………..75 圖4.20 尺寸公差擷取完成對話框………..75 圖4.21 尺寸 及尺寸公差資料表瀏覽器………..75 圖4.22 基準特?符號標註方式………..76 圖4.23 幾何公差資料表………..77 圖4.24 機器人手臂產品架構圖………...82 圖4.25 機器人手臂之公差網………...83 圖 4.26 模具組合圖………
…..84 圖 4.27 模座組………..………....84 圖 4.28 裝配後導柱與下模座塊之垂直度………
…………..85 圖 4.29 兩導柱安裝後相互平行度………..86 圖 4.30 裝配後導筒與上模座塊之垂直度……
……….87 圖 4.31 兩導筒安裝後相互平行度………..88 圖 4.32 下模座塊與兩導柱之公差網路 圖………..88 圖 4.33 上模座塊與兩導筒之公差網路圖………..95 表目錄 頁次 表1.1齒輪箱A5
→C1之公差累積………..8 表2.1 幾何公差之種類及相關對應關係表………13 表2.2 不同 形式的公差其所對座之 ……….25 表2.3 不同形式的公差其所對之 (續)………..…26 表2.4 區間資 料之加法運算公式表………28 表2.5 區間資料之乘法運算公式表………29 表3.1 引用Solidworks應用程式介面物件的方法………42 表3.2 特?屬性擷取函式用法.………43 表3.3 尺寸公差區分………54 表3.4 幾何公差與基準特?符號資訊………
…58 參考文獻
參 考 文 獻: 1. ANSY Y14.5M，"Dimensioning and Tolerancing"， American National Standards Institute，1982. 2. O.Bjorke,"Computer aided tolerancing",2nd Edition,1989,ASME Press. 3. J. -C. Tsai, D. -N. Guo, and K. -D. Cheng,“Variational Kinematic Models for Geometric Tolerances and Fittings,”Proceedings of 4th National Applied Mechanisms and Robotics Conference, Vol. II, paper number AMR95-107, 1995.
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