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。     

基于偏差有向图的RV减速器装配偏差传递研究

传动精度研究一直是RV减速器的研究热点,偏差对RV减速器传动精度的影响是绕不开的课题。分析了RV减速器在静态装配状态下各个零件的偏差,并对偏差源进行了分类,结合有向图表达方法,建立了反映零件偏差间关系的基本偏差流模型以及零件间配合及其偏差的有向图模型;通过实例验证了基于偏差有向图建立的RV减速器装配偏差传递有向图模型的有效性。     

机械装配过程的偏差传递建模理论

研究机械装配偏差传递和累积的规律,建立装配过程状态空间模型.以零件特征面为基本元素,集成三维空间中的位置和质量特征信息,建立面向质量分析的零件模型和零件偏差模型.从偏差传递的角度,把零件装配过程分为两个步骤,提出零件基准偏差和配合基准偏差概念,在建立这两类偏差模型以及单个零件装配模型的基础上,建立整机装配过程的状态空间模型.实例证实该模型在装配质量预测和装配过程偏差分析上的有效性,为基于偏差流的应用研究奠定理论基础.     

面向机构组件装配的偏差源等效分析方法

为实现多种偏差源在机构组件装配容差模型中的准确表达,提出一种面向机构组件装配的偏差源等效分析方法。根据机构组件装配的偏差特点,将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。分析了几何形状偏差的优先考虑原则及对配合零件位置的影响,将几何形状偏差等效为名义值为零的尺寸偏差和角度偏差。建立了装配间隙虚拟连接件模型,将配合间隙偏差等效为虚拟连接件的尺寸偏差。通过分析装配变形对配合零件尺寸和位置的影响,将变形引起的零件尺寸变动耦合到零件的尺寸偏差,将引起的零件位置变动等效为一角度偏差。采用平面矢量对等效后的偏差源进行了统一表示。以某飞机内襟翼机构组件装配偏差源等效分析为例,验证了所提方法的正确性。     

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。     

基于尺寸变动度的装配序列偏差传递模型及质量评价方法

为了准确有效地评价不同装配序列中累积偏差对产品装配质量的影响,建立基于尺寸变动度的装配序列偏差传递模型及质量评价方法,以尺寸变动度所关注的装配特征为目标特征,在构建的装配特征邻接关系矩阵和几何特征公差关系矩阵基础上自动建立偏差传递模型,根据偏差传递过程求解累积偏差确定尺寸变动度。设计人员可据此获得装配质量最优的装配序列,同时可对零件设计公差进行改进。以人造宝石专用加工机床为例,验证了方法的有效性。     

多工位薄板装配偏差流传递的状态空间模型

借鉴控制理论中的状态空间方法,研究多工位薄板装配过程中偏差流传递、变换和累积关系的状态空间模型.以零件偏差为状态矢量,夹具偏差为控制矢量,研究夹具偏差和零件偏差之间的对应关系以及零件在工位间转换过程中的重定位偏差,建立多工位装配过程偏差流传递的状态方程;以零件测量偏差为输出矢量,建立表征测点位置和数量的输出方程.最后通过实际零件的装配过程说明该模型的应用方法.     

机械产品装配偏差分析方法研究进展与展望

机械产品装配是制造过程的最终阶段，装配质量对机械产品的服役性能和可靠性有直接影响。建立合理的数学模型描述机械产品装配过程中的偏差传递、累积和淹没规律，对产品的容差设计与故障诊断，并进一步提高产品性能和服役周期具有重要意义。归纳并总结了现有机械产品装配偏差分析的理论方法，从基于刚性假设的偏差分析与考虑柔性变形的偏差模型两个方面系统地论述了目前机械产品装配偏差传递分析的研究进展。刚性偏差分析围绕尺寸链模型与确定性定位模型展开，并对基于尺寸链理论的雅可比旋量方法做了详细介绍与具体的应用分析。对于主流的柔性装配偏差传递建模方法，详细论述了影响系数法与装配偏差场传递模型的理论建模过程与及其应用范围，并从大型结构装配的现场应用出发，对装配偏差场传递模型进行了具体的案例分析。针对目前航空航天等领域机械产品大尺寸、高承载的发展趋势，提出了对于局部刚性整体柔性的大型结构装配偏差预测的难点以及研究展望。     

基于大偏差原理的多维偏差源扰动下装配精度保持性分析方法EI北大核心

针对航空复杂产品装配过程中,多维装配偏差源间的非线性耦合作用会导致装配精度传递保持能力弱且可能发生极大装配超差的现象,提出一种基于概率法的装配过程精度保持性评价模型与方法。首先,分析装配偏差引起的应力作用,研究基于应力效应的多维装配偏差耦合聚焦超差效应,并以概率评价法为基础研究装配精度保持性;其次,采用大偏差原理中Gartner-Ellis定理分析装配过程极大超差问题的发生概率,建立融合偏差分析与大偏差原理的装配精度保持性评价概率模型;此后,利用动态滑动窗口法实现基于实测信息的超差概率计算,并以此结果为判据提出装配精度保持性的反馈调整措施。以某典型机翼盒段件为例,通过计算装配过程外形对缝间隙与阶差指标发生极大超差的概率,并借助装配超差预防优化系统实现装配过程的精确调整,提升装配质量约30%,增强了装配过程精度处于受控范围的能力。     

微机上基于约束的二维装配图尺寸驱动关键技术的研究

对二维装配图尺寸驱动进行了理论研究和实践 ,通过零件特征定义及装配约束定义使以简单低级几何元素组成的二维图形在更高层次上具有了装配信息。在用联接图表示产品装配模型基础上 ,提出了基于装配的约束的顺序求解法 ,并解决了装配图尺寸驱动的三个关键问题     

装配顺序的生成算法研究

基于PADL—2实体造型系统,提出增量干涉检测法,得到任意两个零件间的连接函数及移动函数,进一步求得装配产品的零件连接图、匹配关系图及稳定性有向图。利用图论的割集法,经装配的几何可行性及稳定性判别后,得到所有可行装配顺序的与/或图表示。     

基于装配结构相似的零件三维模型检索方法

提出一种基于装配结构相似的零件三维模型检索方法.将零件功能表面类型、相对位置、朝向以及面与面之间拓扑关系抽象成定性符号集合,并分别用功能面邻接图和定性几何约束图来定义零件功能表面间的拓扑关系和定性空间关系,建立零件装配结构定性模型.功能面邻接图中的环结构和分支结构分别通过断环和圆括弧描述,这样,零件装配结构就可以用字母和数字的线性序列来表示.借鉴化学数据库中化合物的线性符号表示法,对装配结构进行编码,通过装配结构码,建立零件装配结构的检索机制.并以轴承端盖为例验证方法的有效性.     

Modeling method for assembly variation propagation taking account of form error

The propagation of variations, such as fixture errors and datum errors resulting from assembly and machining processes, has been extensively studied. However, only a few studies that focus on form error propagation in assembly systems have been implemented. Machining errors, especially form errors, have great impact on assembly accuracy and accuracy stability of precision mechanical systems. With form errors being the research object, a method for calculating mating variation and specifying mating coordinate is proposed to improve the accuracy of the variation propagation model. Taking into account the form error of mating surfaces, the assembly variation propagation of a precision mechanical system is analyzed, and the brief derivation procedure of the variation propagation model is introduced afterwards. The variation propagation model involves a new concept of mating variation specified by the two mating surfaces. An innovative method, the difference surface search based method, is proposed to calculate the mating variation amongst the mating surfaces. The obtained mating variation is then utilized to specify the mating coordinate in the variation propagation model. Moreover, FEM is employed to simulate the contact state of the two mating surfaces to demonstrate effectiveness of the proposed method. Meanwhile, the mating variation and mating coordinate obtained are incorporated into the assembly variation propagation model, which is then verified by a following case study through a comparison between the calculated results and the experimental results. The comparing results indicate that the established model improves the prediction of assembly accuracy. The developed model enables the investigation of various fundamental issues in variation reduction, including variation analysis, process monitoring, accuracy prediction, and accuracy control.     

Solving 3D Geometric Constraints for Assembly Modelling

A geometric constraint solving method is presented that takes well-constrained mating conditions between a base and a mating component and directly transforms them into a 4 × 4 matrix that determines the relative orientation and location of the mating component with respect to the base component. In the proposed procedure, the 4 × 4 transformation matrix is determined by directly computing a rotation matrix TR and a translation matrix TL that define the relative orientation and location of the mating component, respectively. Thus, first, the rotation matrix is computed by solving a set of linear constraint equations associated with the orientation of two mating components. After repositioning the mating component by applying the rotation matrix TR, the translation matrix is calculated by solving a set of linear constraint equations associated with location. This new method is computationally very effective, since the transformation matrix for relative orientation and location of the mating component is algebraically derived directly from the linear equations associated with the mating conditions.     

Unified dimension and tolerance modeling for mechanical precision predicting

Precision predicting is significant for quality qualification of complicated product, and it is one of the fundamental applications for virtual assembly system. For most predicting methodologies, functional precision is propagated by both dimension and geometric tolerance; however, dimension and geometric tolerance have different manifestation patterns that relay on traditional GD&T standard, and it brings difficulty in considering dimension and geometric tolerance simultaneously; hence, a uniform model called maximum compatible constraint model (MCCM) is proposed. Dimension and geometric tolerance are clustered into three types: deterministic constraint, micro-degree constraint, and release constraint. The MCCM model explains these multiform constraints with unified constraint matrix, dimension torsor (D _mT ), and deviation torsor (D _vT ). D _mT is introduced to record the ideal position of functional geometry referring to geometry coordinate system. D _vT and micro-degree variational zone are discussed for explaining variational information of precision; in addition, topological structure related to functional and datum surfaces are extracted. By compatible structure, MCCM is not only adaptable for explaining dimension and geometric tolerance, but also for modeling geometric and assembly constraints that are meaningful for variation propagation during assembly process. With all constraints, dimension and tolerances are modeled, and then MCCM set is attained. Within the MCCM set, dimension cumulative, variation, and error propagation are facilitated by constraint and direction discussion, and precision predicting is conducted more specifically.     

基于语义推理的产品装配设计技术

为保证产品具有良好的结构设计和零件可装配性,研究了装配语义模型,详细讨论了设计尺寸约束和装配几何约束的符号化表达方法,并给出了书写规则。在此基础上建立了装配语义图,通过节点描述零件属性信息,通过有向边描述装配语义信息。介绍了基于装配语义的产品装配设计工作流程,重点阐述了零件设计尺寸约束、装配规划信息和装配操作序列的推理过程。给出了语义修改和语义变动两种情况下装配语义图的维护机制。应用实例表明,该模型可以有效地支持产品的协同装配设计。     

基于有向割集分解的装配序列生成方法

基于有向图理论,提出了装配序列规划新方法。把有向图理论引入到装配模型表达,提出了有向装配连接图模型,并给出了有向装配连接图的性质。通过对有向装配连接图的割集分解计算,实现了装配序列生成。此方法比无向割集分解方法计算量小、产生无效序列少。为进一步剔除无效序列研究了单调非线性装配意义下基于有向割集分解的装配序列生成算法,并讨论了约束的加入和表达方法。最后给出了一个装配实例,证明了算法的有效性。