本發(fā)明專利技術公開了一種用于精密機械系統(tǒng)誤差傳遞建模的配合誤差計算方法，應用三坐標測量機測量兩個配合表面的形狀誤差D1和D2，得到差表面的數(shù)據(jù)，根據(jù)差表面數(shù)據(jù)確定接觸點；接觸點和對兩個配合表面所施加的裝配力，計算零件的兩個配合表面的變形誤差Δ1和Δ2，即可獲得考慮了零件的兩個配合表面形狀誤差和變形誤差的實際配合表面數(shù)據(jù)D1+Δ1和D2+Δ2；再通過計算兩個實際配合表面的配合誤差分量得到配合誤差，以此用于對精密機械系統(tǒng)誤差傳遞建模。本發(fā)明專利技術考慮了配合表面的形狀誤差，以及裝配力作用下產生的零件變形誤差，在此基礎上可以為精密機械系統(tǒng)建立更準確的誤差傳遞模型，提高制造質量預測和控制的準確性。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于制造質量預測與控制領域。
技術介紹
精密機械系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中零件加工誤差、表面質量、裝配誤差以及裝配工藝參數(shù)等因素對系統(tǒng)裝配精度的影響規(guī)律理論上尚不清楚，裝配工藝帶有盲目性。本專利技術是在構建表達精密機械系統(tǒng)零件加工誤差與系統(tǒng)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(qū)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(xiàn)代制造業(yè)要求更好地實現(xiàn)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(xiàn)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(tài)空間形式的AR⑴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(tài)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(tài)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(tǒng)精度的主要原因之ο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，本專利技術提出。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于為精密機械系統(tǒng)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(jù)本方法計算得到的配合誤差，可以確定狀態(tài)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，本專利技術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(tǒng)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DJPD2相減，得到差表面的數(shù)據(jù)；根據(jù)差表面的數(shù)據(jù)，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(jù)差表面的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。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。同理，對于三維配合，首先判斷差表面與任意三個凸包頂點所確定平面的關系，如果差表面全部位于三個凸包頂點所確定平面的同一側，則這樣的三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三個凸包頂點所確定平面的交叉點位置，如果該交叉點位于三個凸包連線圍成的區(qū)域內部，則這樣的三個凸包就是三維配合的接觸點，否則，不是接觸點。需要注意的是，二維配合中可能接觸點成對出現(xiàn)，三維配合中可能的接觸點以三個為一組出現(xiàn)。步驟三，計算裝配力作用下配合表面的變形誤差Δ 在三維建模軟件中，利用兩個配合表面的形狀誤差數(shù)據(jù)建立帶形狀誤差的實體模型，將實體模型導入有限元分析軟件；根據(jù)確定的接觸點和裝配力，計算零件的彈塑性變形，從而獲得兩個配合表面在其法線方向上的變形誤差A1和Δ2;將兩個配合表面的變形誤差A1和Δ2分別與步驟一中對應的配合表面的形狀誤差數(shù)據(jù)D1和D2疊加，即可獲得考慮了零件的兩個配合表面形狀誤差和變形誤差的實際配合表面數(shù)據(jù)DfA1和D2+A2 ；步驟四，計算兩個實際配合表面的配合誤差分量根據(jù)步驟二中的接觸點的坐標數(shù)據(jù)在步驟三得到的兩個實際配合表面數(shù)據(jù)DJA1 和d2+A2中進行搜索，獲得接觸點分別在兩個實際配合表面上的兩組接觸點坐標；再由每組接觸點坐標確定一個理想表面，即兩組接觸點坐標確定了理想表面1和理想表面2，并獲得兩個理想表面方程；在名義配合表面的幾何中心建立名義配合坐標系°MCS，X0軸和、軸位于名義配合表面內，Ytl軸由^軸和^軸通過右手定則確定；在兩個理想表面分別建立子配合坐標系1MCSsub和2MCSsub 名義配合表面幾何中心處的法線與理想表面1的交點作為子配合坐標系1MCSsub的原點，X1軸和Z1軸位于理想表面1內，yi軸由X1軸和Z1軸通過右手定則確定；名義配合表面幾何中心的法線與理想表面2的交點作為子配合坐標系2MCSsub的原點，X2軸和h軸位于理想表面2內，y2軸由&軸和&軸通過右手定則確定；子配合坐標系1MCSsub和2MCSsub與名義配合坐標系°MCS之間的相對位移分別用微分運動向量uM1和uM2 表示，即兩個實際配合表面的配合誤差分量為、和％2。步驟五，計算兩個實際配合表面的配合誤差根據(jù)配合誤差分量Umi和UM2，計算兩個實際配合表面的配合誤差UM，如果配合表面 1為基準配合表面，則Um = Umi-Um2,如果配合表面2為基準配合表面，則Um = Um2-Umi。本專利技術公開的用于精密機械系統(tǒng)誤差傳遞建模的配合誤差計算方法，考慮了配合表面的形狀誤差，以及裝配力作用下產生的零件變形誤差，在此基礎上可以為精密機械系統(tǒng)建立更準確的誤差傳遞模型，提高制造質量預測和控制的準確性。附圖說明圖1.帶形狀誤差的兩個零件表面的示意圖；圖2.帶形狀誤差的兩個零件表面配合示意圖；圖3.實施例中的兩個零件的示意圖；圖4.配合表面1的形狀誤差；圖5.配合表面2的形狀誤差；圖6.根據(jù)配合表面1和配合表面2確定的差表面；圖7.根據(jù)差表面確定的接觸點；圖8.配合表面1和配合表面2在未施加裝配力時的接觸狀態(tài)；圖9.配合表面1的變形誤差；圖10.本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：金鑫，張之敬，左富昌，葉鑫，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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