基于偏差有向图和D-H方法的产品装配精度预测技术

装配精度预测对于产品装配精度保证具有重要意义。综合产品偏差源和偏差统一模型表达,提出偏差的旋量映射方法;在零件配合、双配合偏差传递分析的基础上,给出装配偏差有向图(Directed deviation graph,DDG)模型,并提出产品装配偏差有向图的构建流程。基于DDG模型,进一步研究用于装配精度累积的最小偏差路及其Dijkstra求解算法。在最小偏差路基础上,针对一维线性方向的装配精度预测,给出刚性零件装配偏差统计量的求解方法;针对多维空间方向的装配精度预测,提出借鉴并联机器人末端位姿计算的D-H(Denavit-hartenberg,D-H)方法,进行刚性零件装配偏差统计量的求解流程。基于装配偏差统计量,进一步给出产品装配精度评价指标,以及产品装配精度预测方法。以某产品的装配为例,介绍装配偏差统计量的求解及其装配精度预测过程。     

基于状态空间模型的精密机床装配精度预测与调整工艺

在精密机械装配过程中,整机装配精度保障不能仅通过零件公差设计,还必须通过测量与调整等装配工艺共同实现,因此需要建立装配过程偏差传递预测与控制的数学模型,定量描述装配调整工艺对最终整机精度的影响。运用微分运动矢量作为各装配工序误差状态的统一表达方式,构建了零件公差模型、几何特征测量结果与装配过程偏差源数学表达的对应关系,提出了描述精密机床装配过程中关键几何特征变动、特征测量、调整的偏差传递状态空间模型。基于该模型,根据当前装配工序偏差与装配调整工艺对整机精度的影响规律预测,确定本道工序装配调整策略,从而保障整机装配精度。最后以精密卧式加工中心为对象进行计算分析,验证了该建模方法的有效性。     

基于间隙连接件和多维矢量环的机构装配精度预测

为了准确有效地实现机构装配的精度预测,提出一种基于间隙连接件和多维矢量环的精度预测方法。根据机构装配的特点,将其偏差源分为零件几何位置偏差、几何形状偏差和装配位置偏差三类;建立了装配间隙连接件模型,用间隙连接件的定向角描述零件的配合位置;定义了零件的基准参考结构,并基于装配约束建立了零件的基准路径和偏差传递路径、装配体多维矢量环和矢量方程;利用一阶泰勒展开和矩阵变换方法求解偏差源敏感度矩阵,进而用极值法得到了机构装配精度预测值。以某飞机内襟翼机构装配精度预测为例,验证了所提方法的有效性。     

考虑多维误差的复杂装配过程数字孪生建模方法

针对多维误差耦合作用下大型固体火箭发动机等复杂产品装配过程中装配精度难以预测的问题，引入数字孪生概念，揭示制造误差、装配变形与定位误差耦合的装配偏差传递机理，据此提出一种复杂装配过程多维度高保真数字孪生模型构建及其驱动的装配精度在线分析方法。首先，从制造误差和装配变形耦合的角度，提出面向装配精度在线分析的数字孪生框架。其次，研究复杂装配过程数据感知模型、点云几何模型和装配变形机理模型的构建与融合方法，形成复杂装配过程多维度高保真数字孪生模型。在此基础上以装配特征为节点，基于雅可比矩阵和非理想表面模型，通过接入装配现场数据实现复杂装配过程装配精度在线分析与预测。最后，以大型固体火箭发动机喷管智能装配平台为对象，验证所提技术、方法与模型的正确性和有效性。     

计算机辅助航天器舱段连接精度计算与分析

为解决由舱段连接精度超差和计算基准改变带来的舱段连接精度重复计算问题,在航天器舱段连接结构和端面偏差分析的基础上,利用极值法、均方根法和正态分布法,介绍了舱段连接扭转、错移和弯折三个方向上的结合面综合偏差、任意端面间相对偏差及偏移量的计算.在舱段连接语义分析的基础上,基于Web本体语言构建了舱段、端面及端面偏差本体,基于本体实例进行了偏差数据的存储和推理计算,以实现舱段连接精度的快速校核及结果数据的输出,为舱段连接精度的反复设计和优化提供了辅助工具.对航天器舱段精度分析系统进行了介绍,并基于实例验证了系统的实用性.     

万能外圆磨床装配方法的研究

在分析互换装配法、分组装配法、修配装配法和调整装配法等适用范围的基础上,研究万能外圆磨床前、后两顶尖等高度精度要求的装配方法。采用修配法进行装配,建立装配尺寸链,确定并计算相关尺寸及偏差,可显著降低生产成本,提高经济效益,保证产品质量。     

机械装配偏差源及其偏差传递机理分析

产品装配偏差源和偏差传递机理分析,是装配精度预测的前项工作。综合影响装配功能的尺寸和形位精度、装夹定位精度信息,将刚性零件装配的偏差源分为几何位置偏差、几何形状偏差和装配位置偏差三类;进一步建立面向三类偏差源统一表达和评价的多元统计学模型,及其相对装配功能的正负累积性判断方法。基于偏差源统一表达,分析偏差在零件间、零件内两特征间的偏差传递和相互作用,提出偏差传递的三种偏差流;根据装配过程中是否存在装配间隙,将偏差流分为连续流和断续流两种。基于偏差有向图,对三种偏差流和配合偏差流进行表达;并建立面向整个产品偏差传递及装配功能表达的装配偏差有向图模型。结合某航天器装配为例,验证偏差源表达和偏差传递模型的有效性。     

飞机壁板件装配偏差的刚柔混合建模方法与应用

飞机壁板组件的装配质量影响飞机气动外形准确度,其装配变形规律复杂,传统的尺寸链方法主要考虑刚性装配偏差,精度不高。文中提出一种刚柔混合的装配偏差建模方法,采用确定性定位方法计算偏差源错综复杂的刚性偏差,及有限元模拟计算蒙皮因法向刚性小而产生的柔性变形,合理预测壁板外形轮廓度,并对超差尺寸进行基于敏感度分析的容差优化,最终实现对外形偏差的控制。在某国产飞机壁板试验件的装配偏差分析中得到验证。     

装配尺寸链统计解法电算化

装配精度设计中常常会遇到如图1所示的装配尺寸链的反面计算问题,即在封闭环的公差T_0和各组成环的基本尺寸A_1、A_2、A_3、A_4给定后,如何给出各组成环的公差及上下偏差。本文介绍的基于概率论的等精度调整法是考虑尺寸误差分布的概率规律,先设定各组成环精度相等,然后再考虑加工难度对公差进行调整核算。与其他方法相比,调整目标十分明确,便于得到更加合理的取值。长期以来,这种方法由于计算非常复杂而被限制了应用。为此,笔者介绍编程计算方法,供同行们参考。     

基于指数积公式的空间管路装配偏差传递建模及分析

针对火箭、飞机以及船舶等设备的管路系统,因制造与装配中偏差累积引起的系统装配效率低和可靠性下降等问题,研究空间管路装配中来源于管件成型和焊接变形的偏差形式,建立基于旋量的偏差表征,改进基于指数积公式的偏差传递模型,提出关键特征坐标误差指标(KCCE)评价偏差传递模型预测精度,实现完整的空间管路装配偏差传递建模。以三维空间管路为案例进行装配偏差传递建模与分析,结果表明:基于旋量的偏差表征方式适用于空间管路装配,改进后的空间管路装配偏差传递模型预测精度更高。     

运动耦合装置在精密装配系统中的应用与分析

针对微硬盘等一类精密电子机械产品的装配过程，通过分析多工位自动化装配系统中影响系统装配精度的主要因素，基于精确运动学约束理论和方法，采用一种具有重复性定位精度高且可互换性好的运动耦合装置，实现系统中基础件传送和多工位定位，并通过误差分析验证了该方法能有效提高系统的装配精度。     

X射线聚焦望远镜镜片黏接装配的数值模拟和分析

对采用圆锥嵌套Wolter-I型结构的X射线聚焦望远镜在装配过程中产生的面形偏差进行了模拟和分析。首先,利用ANSYS有限元软件建立二维模型。然后,以实际装配步骤和夹具为加载和边界条件,通过分析不同半径镜片的装配过程,得到了面形偏差与三根压条的载荷关系曲线,由此优选出了不同半径镜片对应的最佳装配载荷。分析显示:除对应的最大面形偏差外,优选出的装配载荷均可控制在0.1μm以内,满足装配精度要求,而且对应装配载荷下玻璃镜片的最大Mises应力也均小于玻璃的强度极限,不会在装配过程中失效。此外,建立了三维分析模型并与二维简化模型分析结果进行了比较。结果显示:计算偏差主要集中在镜片的前、后两端约5mm范围内,最大偏差为2.3μm;镜片中段两种模型的计算偏差小于0.03μm,表明提出的二维简化模型可以用于玻璃镜片装配的快速面形偏差分析和载荷确定。文中对镜片装配过程的分析可为提高装配精度提供理论依据。     

飞行器桁条装配在线检测及自适应调整系统

一般飞行器的桁条尺寸较长,刚性较差.为了减小飞行器桁条在装配过程中出现的局部变形,主要针对桁条关键部位设计加装了检测调整机构,机构中采用测距传感器进行检测,通过自适应调整系统进行偏差量的补偿,减少了装配过程中的变形量.经过分析可知,应用检测调整系统可以有效地减小气动外形的影响,使关键点定位更加精确.同时可以大大减少劳动量,提高效率;而且实现了在线检测和调整同步进行,调高了装配的最终质量(精度、应力).     

复杂产品数字孪生装配模型表达与精度预测

针对复杂产品装配过程中装配模型/数据/信息脱节、精度预测不准确、缺乏现场装配有效指导等实际工程应用问题,提出复杂产品数字孪生装配模型表达与精度预测方法。给出基于数字孪生的复杂产品装配精度预测方法总体流程;其次,将数字孪生装配模型表达划分为装配对象模型和装配工艺模型,并明确了产品数字孪生装配模型的精准建模机制;在此基础上,采用基于实测数据的装配偏差传递更新迭代机制实现融合多维度误差源的产品装配误差分析计算与装配精度预测;最后,以某型卫星结构部装为例搭建了复杂产品数字孪生装配软硬件系统平台,并通过实例验证了所提方法的可行性,为复杂产品装配精度预测与保障提供了一种切实可行的新思路和新途径。     

一种四轴精密机床工作台装配精度分析与预估

针对精密机床在装配过程中的精度保障问题,提出了一种建立装配过程偏差传递预测数学模型的方法。以一种精密级四轴卧式加工中心为对象,对影响机床装配精度的关键部位进行了偏差特征分析。基于小位移旋量理论建立典型偏差特征的数学模型。基于串联装配关系,建立了机床进给平台装配偏差传递数学模型,并以此模型预估末端装配精度。最后通过实验验证该建模方法的有效性。     

基于三维模型的航天器装配精度预测方法

针对航天器的装配精度准确预测问题,提出一种基于三维模型的航天器装配精度预测方法.分析了航天器结构的装配连接特点,建立了包括装配体模型、零件模型、结构模型和公差模型四个层次的航天器装配精度信息模型;构建了三维模型坐标系,分析了航天器装配关键节点的公差作用影响以及不同几何坐标系下的装配公差作用转化机理;利用最小偏差传递路径原理搜索得到了航天器的装配公差传递路径,并采用极值法实现了装配精度预测.以航天器的舱段对接和设备安装为例,对所提方法和算法进行了验证.     

基于数论网格法(NT-net)的二维多工位装配成功率计算方法与实例

提出一种基于数论网格法(NT-net)的二维多工位装配成功率计算方法。首先分析了数论网格法的偏差,描述了数论网格法产生glp集的原理。然后应用数论网格法对夹具定位偏差进行采样,将其代入二维多工位装配尺寸偏差传递状态空间模型中,计算得到二维多工位装配输出偏差。将计算结果和零件上测点允许偏差进行比较,统计出合格样本数,再将其除以总样本数,计算得到二维多工位装配成功率。最后,以车身地板装配为实例,在构建了车身地板二维三工位装配偏差传递模型基础上,求解其偏差传递矩阵,再运用数论网格法计算其装配成功率,并采用蒙特卡洛模拟法进行了验证和分析,结果表明了该方法的有效性。这为产品二维多工位装配成功率的预测提供了一种新的途径。     

功平衡法薄板件装配偏差传递机理研究

金属薄板零件广泛应用于汽车车身等产品中,由于影响系数法在薄板件的装配过程中不能精确分析零件偏差和装配偏差之间的关系,提出一种基于功平衡法的柔性薄板零件装配偏差分析模型。应用两个厚度不同的悬臂梁研究零件在焊接过程中的偏差变化,经分析可知焊接过程中焊枪做功相同,以此为基础建立零件偏差和装配偏差之间的基于功平衡法敏感系数矩阵。最后应用Z型薄板零件阐述了装配偏差分析过程,结果表明功平衡装配偏差分析模型的精确性。     

一种白车身多工位装配偏差源诊断方法

针对白车身多工位装配偏差源耦合复杂,诊断困难的问题,提出一种新的多工位装配偏差源诊断方法。基于多工位装配偏差流传递的状态空间模型,将连续的装配过程以检测站为节点分解成不同的装配模块;引入"两种质量诊断理论",通过对比分析装配模块的计算机仿真装配偏差和实际装配偏差,获取装配模块"分质量",将偏差源定位到具体模块,降低状态空间模型状态变量维数,实现偏差源的快速诊断。最后通过实例验证了方法的有效性。     

精密装配的基准信息链模型和3D偏差计算

研究了精密零件装配的基准信息链模型与基于该模型的3D偏差累积计算方法。以微硬盘装配为实例,分析了装配过程中的多约束关系,采用基准信息链模型建立了装配空间结构和尺寸偏差关系的数字化表达,给出了齐次变换矩阵和误差矩阵关系式,实现了关键特征的3D偏差累积计算。实例表明,该计算方法可有效应用于数字产品开发的设计决策过程。