[發明專利]基于參數空間包絡的裝配公差設計方法

在審

• 申請號: 202110537591.6
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113361026A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 羅晨;聶家齊;周怡君
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

本發明涉及一種基于參數空間包絡的裝配公差設計方法，包括：確立兩工件外圍參數空間；建立裝配公差與外圍參數空間控制點變化之間的關系模型；建立以控制點為參數、裝配曲面間隙無嵌入并滿足間隙公差要求的約束條件、最大化控制點變化為目標的多目標優化問題；求解多目標優化問題，并將控制點的變化轉化為裝配零件的公差。本發明建立的裝配模型通過較簡單的控制點的變化反映工件復雜的變形，求解裝配模型得到的控制點變化既可以實現兩平面的隨機裝配，也可以根據其中一平面的變形特征實現選擇性裝配，并且兩種裝配形式都可保證工件的變形在裝配公差的要求范圍內，滿足柔性板件的裝配需求。

技術領域

本發明涉及裝配公差設計技術領域，尤其是一種基于參數空間包絡的裝配公差設計方法。

背景技術

國際標準ISO1101定義了幾何公差，根據該標準可以檢查工件是否滿足裝配公差域。目前的公差設計大多針對剛性零件的研究，例如，CN201610221864.5識別了發動機壓縮比與摩擦功的關鍵尺寸與非關鍵尺寸并作為參數，將壓縮比與摩擦功關聯起來作為優化目標，對關鍵尺寸和非關鍵尺寸進行優化。CN201310756983.7發明了一種裝配公差設計系統，根據CAD系統獲取裝配約束信息，并推理公差類型與公差帶類型，將推理得到的信息用于構建裝配公差網絡。得到的裝配公差網絡的信息，結合尺寸公差、形位公差及功能需求等約束，以最小加工成本為目標通過遺傳算法實現公差優化設計。但是上述方法對于柔性工件裝配而言無法精確描述其形變問題。

剛性零件在裝配時不會因變形導致裝配偏差產生，但是對柔性工件而言，兩個在公差域范圍內的工件裝配后的間隙可能會發生變化，會直接影響產品質量，這種情況取決于工件的變形。如圖1所示，組裝兩個理想平面(圖1(a))。圖1(b)中，兩個平面沿相同方向彎曲，且兩個工件的變形分別滿足工件公差變形范圍t₁和t₂，裝配后部件仍然滿足裝配公差要求t₃，而在圖1(c)中，兩個平面分別向上和向下彎曲，且兩個工件的變形滿足工件公差變形范圍t₁和t₂，如果不考慮變形裝配后則不滿足裝配公差要求t₃，如果考慮變形則工件的內應力會較大。盡管圖1(b)和(c)中都存在滿足工件公差的變形，但是圖1(b)的裝配滿足公差要求，圖1(c)的裝配反而不能滿足公差要求。造成這種情況的原因是圖1(b)中兩個工件的變形模式相似，而圖1(c)中的變形模式不同，對于薄板件的裝配，變形是不可避免地，柔性件的裝配誤差不是單一累積的過程，因此存在變形會使得問題更加復雜因此這里提出了一個問題，即給定工件的公差，如何識別變形模式以便獲得滿足公差要求的組裝。這個問題與“選擇性裝配”相似，這是一種使用相對低質量的組件卻能獲得更高質量的產品裝配方法。目前對選擇性裝配的研究主要集中在工件的分組上，最常見的是對進化算法的選擇和優化。大部分的選擇性裝配研究仍然集中在剛性工件上，而對柔性板件而言，單一的尺寸公差很難刻畫其復雜變形，目前對柔性板件的選擇性裝配研究較少。

發明內容

本發明提供了一種基于參數空間包絡的裝配公差設計方法，目的是有效模擬裝配過程中可能產生的變形，同時根據已知待裝配件的特征，得到與其匹配的控制點變化特征，實現選擇性裝配。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于參數空間包絡的裝配公差設計方法，包括以下步驟：

步驟一：確立待裝配兩工件外圍Bezier參數空間，并采用外圍Bezier參數空間控制點描述工件模型以及初始變形；

步驟二：建立裝配公差與外圍Bezier參數空間控制點變化之間的關系模型；

步驟三：建立以外圍Bezier參數空間控制點為參數、裝配曲面間隙無嵌入并滿足間隙公差要求的約束條件、最大化控制點變化為目標的多目標優化問題；

步驟四：求解多目標優化問題，并將外圍Bezier參數空間控制點變化轉化為裝配零件的公差。