機(jī)械裝配偏差源及其偏差傳遞機(jī)理研究

王紅艷 么志利

（唐山勞動(dòng)技師學(xué)院，河北 唐山 063300）

1 概述

在機(jī)械數(shù)字化裝配過(guò)程中，裝配精度預(yù)測(cè)是一項(xiàng)既關(guān)鍵又具有難度的工作。機(jī)械裝配精度預(yù)測(cè)可以分為兩個(gè)階段，即設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)和裝配階段預(yù)測(cè)，其中，設(shè)計(jì)階段的預(yù)測(cè)以具備公差信息的零件和裝配模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行裝配過(guò)程的模擬仿真，從而對(duì)機(jī)械裝備的精度和成功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在不斷優(yōu)化零件尺寸和偏差便裝配設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的精確裝配。裝配階段的預(yù)測(cè)是以具備測(cè)量尺寸及誤差的零件和裝配模型為基礎(chǔ)，仿真模擬裝配過(guò)程，對(duì)裝配精度和成功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，優(yōu)化機(jī)械裝配方案，增加機(jī)械裝備的精確度和首次裝配成功的機(jī)率。這兩個(gè)階段的精度預(yù)測(cè)對(duì)研究機(jī)械裝配偏差源及其偏差傳遞機(jī)理都有重要意義，尤其是在機(jī)械數(shù)字化裝配系統(tǒng)中，對(duì)于機(jī)械裝配偏差源和偏差傳統(tǒng)的研究還不是很全面，對(duì)于偏差模型的建立由于缺乏對(duì)偏差源及其偏差傳遞機(jī)理的研究和考慮，在裝配精度預(yù)測(cè)及計(jì)算機(jī)表達(dá)上的實(shí)用性還有待提高，現(xiàn)就機(jī)械裝配偏差源及其偏差傳遞機(jī)理進(jìn)行如下分析，以求有助于提高偏差模型在計(jì)算機(jī)表達(dá)與裝配精度預(yù)測(cè)中的實(shí)用性。

2 機(jī)械裝配偏差源分析

偏差源是影響機(jī)械裝配功能的零件尺寸、形位精度、定位精度等信息。偏差存在于機(jī)械裝配過(guò)程中的零件加工、工具和夾具等環(huán)節(jié)中，機(jī)械裝配過(guò)程中的力變性和熱變形也會(huì)產(chǎn)生偏差源信息。

2.1 偏差源的類型

機(jī)械裝備的偏差源按照裝尺寸、形位精度、定位精度等影響裝配功能的因素可以大致分為三類，即裝配位置偏差、幾何位偏差和幾何形狀偏差。其中，幾何位置偏差主要包含幾何定位偏差和定向偏差，幾何定位偏差有尺寸偏差、對(duì)稱度偏差、位置度偏差、同軸度偏差；幾何定向偏差有角度尺寸偏差、平行度偏差、傾斜度偏差、垂直度偏差等，幾何位置偏差源會(huì)使機(jī)械裝配過(guò)程中零件的裝配發(fā)生位置變動(dòng)，位置變動(dòng)經(jīng)過(guò)一定程度的積累就會(huì)影響裝配精度。幾何形狀偏差有直線度偏差、平面度偏差、線面輪廓度偏差等，按幾何形狀偏差裝配零件，經(jīng)過(guò)一定積累后，同樣會(huì)對(duì)裝配精度造成影響。裝配位置偏差分為兩種情況，一方面是由于裝夾定位偏差而造成的裝配位置偏差，又分為定向和定位兩種，另一方面是由于在間隙裝配過(guò)程中由于裝配位置不確定性而導(dǎo)致的裝配定位和定向的偏差，在裝配過(guò)程中，位置偏差會(huì)同幾何位偏差和幾何形狀偏差發(fā)生偶聯(lián)作用，共同影響機(jī)械裝配精度。

2.2 偏差源作用類型的判斷

偏差源的作用類型主要包括三種，即正積累、負(fù)積累、不相關(guān)，判斷偏差源的作用類型對(duì)偏差傳遞機(jī)理的研究有著重要的意義，偏差源是否對(duì)裝配精度產(chǎn)生影響由機(jī)械裝配零部件的拓?fù)浠蚺浜详P(guān)系的決定。在判斷偏差源的作用類型時(shí)，要通過(guò)分析零件面邊圖或建立相關(guān)的模型圖，來(lái)分析偏差源和偏差流通絡(luò)是否發(fā)生重合，若重合則說(shuō)明偏差源與裝配功能相關(guān)，會(huì)產(chǎn)生正積累、或負(fù)積累效應(yīng)，否則無(wú)關(guān)。當(dāng)偏差源與裝配精度相關(guān)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)偏差正負(fù)累積性矢量坐標(biāo)和坐標(biāo)系半空間轉(zhuǎn)換矢量坐標(biāo)的綜合分析偏差作用類型是正積累還是負(fù)積累。

2.3 偏差源的評(píng)價(jià)

對(duì)偏差源進(jìn)行評(píng)價(jià)有助于更好的分析偏差積累、裝配功能評(píng)價(jià)以及裝配方案等的反饋信息。偏差源的評(píng)價(jià)包括偏差值評(píng)價(jià)和偏差作用評(píng)價(jià)，偏差值的評(píng)價(jià)用于確定偏差的大小，偏差值可以是主方向偏差值、各方向偏差值以及偏差主方向和各方向的加權(quán)值；偏差作用的評(píng)價(jià)，主要是計(jì)算偏差源對(duì)裝配精度的影響因子，偏差作用的評(píng)價(jià)包括偏差值大小、加工成本等方面的評(píng)價(jià)。此外，利用偏差作用的評(píng)價(jià)模型還有助于零件尺寸的設(shè)計(jì)和裝配方案的調(diào)整。

3 機(jī)械裝配偏差源的偏差傳遞機(jī)理分析

綜合上述對(duì)機(jī)械裝配偏差源種類、作用類型及其評(píng)價(jià)的分析，可對(duì)機(jī)械裝配偏差源的偏差傳遞機(jī)理進(jìn)行研究。機(jī)械裝配偏差源的偏差傳遞方式主要包括兩種，第一種是通過(guò)幾何偏差進(jìn)行傳遞，第二種是通過(guò)裝配位置偏差進(jìn)行傳遞。前者的偏差傳遞方式為連續(xù)性偏差傳遞，而后者的偏差傳遞方式為斷續(xù)性偏差傳遞。在通過(guò)幾何偏差的傳遞中，偏差傳遞主要是在零件之間接觸裝配時(shí)發(fā)生，由于零件之間的配合約束，前一零件配合后會(huì)發(fā)生零件位姿的變動(dòng)，且產(chǎn)生的位姿變動(dòng)可以與后一零件的裝配幾何偏差產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，從而零件之間的裝配在偏差的不斷傳遞過(guò)程中實(shí)現(xiàn)偏差的積累。通過(guò)裝配位置偏差進(jìn)行的偏差傳遞機(jī)理是裝配功能方向上存在著間隙配合，間隙配合的存在使得前一裝配零件的偏差積累斷開，后一零件裝配位置偏差成為偏差傳遞的新起點(diǎn)，是裝配精度受到影響。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，偏差源的類型主要包括配位置偏差、幾何位偏差和幾何形狀偏差三種類型，偏差源的作用類型包括正積累、負(fù)積累、不相關(guān)三種，偏差源的偏差傳遞方式包括通過(guò)幾何偏差進(jìn)行傳遞和通過(guò)裝配位置偏差進(jìn)行傳遞，通過(guò)對(duì)機(jī)械裝配偏差源及其偏差傳遞機(jī)理的分析可建立相應(yīng)的裝配精度預(yù)測(cè)模型，從而確保機(jī)械裝配的功能性。作為機(jī)械裝配過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，機(jī)械裝配精度的預(yù)測(cè)受到偏差源的影響，研究和分析機(jī)械裝配偏差源及其偏差傳遞機(jī)理對(duì)裝配精度預(yù)測(cè)偏差源和偏差傳遞的模型具有重要的意義和價(jià)值。

[1]劉偉東，寧汝新，劉檢華.機(jī)械裝配偏差源及其偏差傳遞機(jī)理分析.《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》.2012年1期

[2]作者：曾超.基于MEWMA控制圖的車身焊接裝配尺寸偏差監(jiān)測(cè)研究.機(jī)械工程.湖南大學(xué).2013（學(xué)位年度）