機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理

張東海 李友昂

【摘要】通過建立整機裝配過程的狀態(tài)空間模型，分析機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理是裝配精度預(yù)測的前項工作。進行兩類偏差的概念及其數(shù)學(xué)描述，是在機械裝配過程中進行機械精度預(yù)測的重要環(huán)節(jié)。本文基于偏差流的應(yīng)用研究奠定理論基礎(chǔ)，進行機械裝配偏差源和偏差傳遞分析。通過分析裝配偏差源及其偏差傳遞機理，驗證偏差傳遞模型的有效性。

【關(guān)鍵詞】機械；裝配；偏差源；偏差傳遞

機械裝配偏差源和偏差傳遞綜合影響裝配功能的尺寸和形位精度、裝夾定位精度信息，對機械本身質(zhì)量有很大的影響。以零件特征面為基本元素，建立一個統(tǒng)一的、多元化的偏差模型。根據(jù)裝配過程中是否存在裝配間隙，集成三維空間中的位置和質(zhì)量特征信息。把裝配精度預(yù)測的基礎(chǔ)分為設(shè)計時的預(yù)測和裝配過程中的預(yù)測兩個不同的預(yù)測階段，并量化這些影響。將偏差流分為連續(xù)流和斷續(xù)流兩種，綜合傳統(tǒng)偏差模型的優(yōu)點進行偏差傳遞分析。

一.機械裝配偏差源其偏差傳遞機理概述

在機械裝配過程中裝配偏差源和偏差傳遞分析都是機械裝配精度預(yù)測的基礎(chǔ)，是建立面向質(zhì)量分析的零件模型數(shù)字化裝配技術(shù)的難點之一。加工各種零部件都有可能產(chǎn)生偏差，需要基于帶公差信息的零件和裝配模型對裝配過程進行模擬和仿真。一般來說機械裝配偏差源的種類有如下幾種：第一類偏差是零件功能幾何的位置偏差，需要基于帶測量尺寸和誤差的零件和裝配模型對裝配過程進行模擬和仿真。分為零件幾何定向偏差和定位偏差，通過偏差來預(yù)測產(chǎn)品的裝配精度和裝配成功率提高產(chǎn)品的裝配精度和一次裝配成功率。第二類偏差是零件功能幾何的形狀偏差，通過預(yù)測實現(xiàn)裝配零件裝調(diào)方案的優(yōu)化。基于偏差源統(tǒng)一表達弧度等外型的偏差，建立零件模型和零件偏差模型。滿足產(chǎn)品裝配精度的要求，為裝配過程的偏差分析奠定了基礎(chǔ)。第三類偏差是零件裝配位置偏差，在虛擬裝配等數(shù)字化裝配系統(tǒng)中具有重要意義。

二.機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理研究

在機械數(shù)字化裝配過程中，建立偏差源的模型需要符合一定要求。從而對機械裝備的精度和成功率進行預(yù)測，為質(zhì)量信息的定量表達提供了一種新方法。仿真模擬裝配過程，集成三維空間中的質(zhì)量特征。對裝配精度和成功率進行預(yù)測，分析零件裝配位置偏差。

（1）零件裝配位置偏差分為兩種，以具備測量尺寸及誤差的零件和裝配模型為基礎(chǔ)裝夾定位偏差引入的零件位置的定向和定位偏差。其作為機械裝配過程中的重要環(huán)節(jié)對裝配成品的整體性能和質(zhì)量有很大影響，若不能量化這些影響，就不能有區(qū)別地制訂零部件的精度要求。加強對偏差源及其偏差傳遞機理的研究和考慮，正確預(yù)測裝配質(zhì)量參數(shù)和分析裝配過程偏差。解析功能幾何形狀偏差，奠定了用工程模型解決此領(lǐng)域問題的基礎(chǔ)。分析偏差在零件間、零件內(nèi)兩特征間的偏差傳遞和相互作用，借鑒機器人末端精度分析方法建立的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型。就機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理進行分析，為整機綜合精度預(yù)測、分析以及質(zhì)量偏差溯源等機械裝配精度預(yù)測打下良好基礎(chǔ)。

（2）在機械數(shù)字化裝配系統(tǒng)中運用有效的方法判斷偏差源的關(guān)聯(lián)，優(yōu)化機械裝配方案。判斷偏差源的作用類型，提高偏差模型在計算機表達與裝配精度預(yù)測中的實用性。應(yīng)用偏差矢量表達幾何變動的位置和方向，預(yù)測產(chǎn)品的裝配精度和裝配成功率。整機零部件質(zhì)量及其相對位置精度是影響產(chǎn)品性能的重要因素之一，通過對機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理的分析建立一個多元的、統(tǒng)一的統(tǒng)計偏差模型。應(yīng)用虛擬邊界實體造型方法表達域邊界信息和域大小形狀信息等幾何位置偏差域，進一步建立面向三類偏差源統(tǒng)一表達和評價的多元統(tǒng)計學(xué)模型。當(dāng)零件裝夾發(fā)生定位偏差時以一個常量來看待零件位置偏差，并建立面向整個產(chǎn)品偏差傳遞及裝配功能表達的裝配偏差有向圖模型?；谄盍鞯膽?yīng)用研究奠定理論基礎(chǔ)模型，增加機械裝備的精確度和首次裝配成功的機率。

（3）從偏差傳遞的角度，偏差值評價和偏差作用評價構(gòu)成了偏差源評價。建立面向質(zhì)量分析的零件模型和零件偏差模型，研究機械裝配偏差傳遞和累積的規(guī)律。包括幾何位置偏差評價、幾何形狀偏差評價和零件裝配位置偏差評價的偏差源評價目的是便于偏差累積分析，深入到偏差根源診助于零件尺寸的設(shè)計和裝配方案的調(diào)整。建立多元的、統(tǒng)一的統(tǒng)計偏差模型，計算偏差源對裝配精度的影響因子。提出零件基準(zhǔn)偏差和配合基準(zhǔn)偏差概念，注重偏差源和偏差傳遞機理分析?？紤]機械裝配過程中的力變性和熱變形產(chǎn)生的偏差源信息，為基于偏差流的應(yīng)用研究奠定理論基礎(chǔ)。

三.機械裝配偏差源及偏差傳遞機理深度解析

相比較而言，偏差傳遞指的是偏差在零件直接的傳遞。表達整個裝配體中任意零部件特征之間的相對位置精度，有助于更好的分析偏差積累、裝配功能評價以及裝配方案等的反饋信息。以零件特征面為基本元素的傳遞方式主要包括兩種，在零件與零件間隙配合時通過偏差幾何和零件裝配位置偏差進行傳遞。在產(chǎn)生的位姿變動可以與后一零件的裝配幾何偏差產(chǎn)生耦合現(xiàn)象的幾何偏差與裝配位置偏差的傳遞中，通過分析建立偏差傳遞有向圖構(gòu)建一個多元的、統(tǒng)一的統(tǒng)計偏差模型。通過零件之間的配合約束，來分析偏差累積并預(yù)測裝配精度。零件之間的裝配在偏差的不斷傳遞過程中實現(xiàn)偏差的積累，進行計算機表達以及構(gòu)建偏差傳遞有向圖。在建立這兩類偏差模型以及單個零件裝配模型的基礎(chǔ)上，分析偏差傳遞機理。為機械零件精度預(yù)測打下良好的基礎(chǔ)，盡量減小偏差并提高裝配產(chǎn)品的質(zhì)量。

四.結(jié)束語

綜上所述，在機械裝配過程中研究和分析機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理對裝配精度預(yù)測模型具有重要的意義和價值。通過針對零件的精度預(yù)測前的偏差源和偏差傳遞分析，進行綜合精度分析。影響產(chǎn)品質(zhì)量的偏差源的類型主要包括位置偏差、幾何位偏差和幾何形狀偏差三種，通過集成三維空間中的位置和質(zhì)量特征信息對偏差累積做出準(zhǔn)確判斷，確保機械裝配在裝配質(zhì)量預(yù)測和裝配過程偏差分析上的有效性。

參考文獻

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