[發明專利]一種用于精密機械系統誤差傳遞建模的配合誤差計算方法

有效

• 申請號: 201110257199.2
• 申請日: 2011-09-01
• 公開（公告）號: CN102426615A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 金鑫;張之敬;左富昌;葉鑫
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;張利萍

技術領域

本發明涉及一種用于精密機械系統誤差傳遞建模的配合誤差計算方法，屬于制造質量預測與控制領域。

背景技術

精密機械系統制造中的一個普遍問題是，零部件加工合格的情況下，裝配后系統的精度無法滿足設計要求，裝配成品率低。主要原因之一是，精密機械系統中零件加工誤差、表面質量、裝配誤差以及裝配工藝參數等因素對系統裝配精度的影響規律理論上尚不清楚，裝配工藝帶有盲目性。本發明是在構建表達精密機械系統零件加工誤差與系統精度之間關系的誤差傳遞模型過程中提出的。

在機床設備、精密儀器等精度要求較高的產品制造中，整機零部件質量及其相對位置精度是影響產品性能的重要因素之一。由于零部件尺寸及其在整機中位置的不同，各零部件對整機精度的影響程度是不相同的，若不能量化這些影響，就不能有區別地制定零部件的精度要求，從而造成過高的制造成本，或產品達不到精度要求。另一方面，現代制造業要求更好地實現制造質量的預測與控制，但由于缺乏相應的預測模型，在產品制造的早期預測最終產品的質量還存在困難。基于誤差傳遞建模的裝配精度預測與控制，是解決這一困難的主要方法。

近十多年來，國內外出現了多種誤差傳遞建模方法：Agrawal等人研究了多工位制造過程的誤差傳遞問題，建立了狀態空間形式的AR(1)模型；Mantripragada和Whitney提出“基準流”的概念，確定和定義裝配過程中的運動約束與配合；美國密歇根大學的Jin和Shi提出狀態空間誤差傳遞模型，描述多工位二維白車身裝配的誤差傳遞，但模型的應用對象具有特殊性，僅限于二維裝配。雖然，經過擴展的狀態空間誤差傳遞模型可用于三維裝配，但建模的重點是裝配過程中的夾具誤差。

綜上所述，目前所有的誤差傳遞模型均未考慮配合表面的形狀誤差。此外，由于零件存在形狀誤差，在裝配力的作用下，零件會產生非均勻的應力與應變，從而產生變形誤差。配合表面形狀誤差和零件產生的變形誤差，正是影響精密機械系統精度的主要原因之一。

為了考慮到零件配合表面存在的形狀誤差以及裝配力作用下零件產生的非均勻應力引起的變形誤差，本發明提出一種用于精密機械系統誤差傳遞建模的配合誤差計算方法。

發明內容

本發明的目的在于為精密機械系統的誤差傳遞建模，提出一種考慮零件的配合表面形狀誤差和變形誤差的配合誤差計算方法。零件變形誤差是指裝配力作用下的零件變形引起的零件實際形狀相對于零件名義形狀的變化。根據本方法計算得到的配合誤差，可以確定狀態空間誤差傳遞建模中實際配合坐標系的位置與方向，從而改進誤差傳遞建模過程，使所建立的誤差傳遞模型能夠更準確地表示誤差的累積與傳遞過程。

如圖1和2所示，考慮到零件A的配合表面A2和零件B的配合表面B4都存在形狀誤差，因此替代配合表面6不是由基準配合表面(配合表面A2或配合表面B4)確定，而是由兩個配合表面共同確定，因此，本發明中的配合誤差計算方法考慮了兩個配合表面的形狀誤差，所述配合誤差的計算步驟如下：

步驟一，確定兩個配合表面的形狀誤差及差表面：

使用三坐標測量機以掃描的方式分別測量一批零件的配合表面的形狀誤差，通過統計方法獲得這一批零件的兩個配合表面的形狀誤差D₁和D₂，將得到的兩個配合表面的形狀誤差D₁和D₂相減，得到差表面的數據；根據差表面的數據，利用固有振型分解法建立配合表面與差表面的模型。差表面是指將兩個配合表面的形狀誤差轉化到其中一個配合表面上而獲得的表面，轉化后的另一個配合表面轉化為理想表面，理想表面是指不存在形狀誤差的表面。

步驟二，確定兩個配合表面之間的接觸點：

由于形狀誤差的存在，配合表面之間僅在若干點處接觸。一般情況下，二維配合存在兩個接觸點，三維配合存在三個接觸點。根據差表面的數據計算獲得差表面上的凸包，即為極小值點。利用對接觸點的判斷方法，確定差表面上的接觸點，并獲得接觸點的坐標數據。

所述對接觸點的判斷方法為：

對于二維配合，首先判斷差表面與任意兩個凸包頂點連線所在直線的位置關系，如果差表面全部位于兩個凸包頂點連線所在直線的同一側，則這樣的兩個凸包是可能的接觸點，否則，不是可能的接觸點；其次，判斷裝配力作用線與可能是接觸點的兩個凸包連線的交叉點位置，如果該交叉點位于兩個凸包之間，則這樣的兩個凸包就是二維配合的接觸點，否則，不是接觸點。