复杂产品装配偏差源累积分析与装配精度预测技术研究

Assembly precision mainly relys on dimension and geometric precision, relative location and orientation accuracy of assembled parts, and it has direct affection on product quality and performance. With miniaturization and precise trendtion of electromechanical product in aviation or aerospace indructry, the assembly precision and reliability qualification of these products have become increasingly challenging and turned to be one of important problems during precise or irreversible assembly process. Focusing on this problem,the assembly precision predicting method for mechanical product is introduced, and summarization of main idea includes:1) Considering autual example of assembly precision controlling, the mechanism of deviation sourcing and propagation for assembly precision are discussed.2) Unified model for tolerance and geometric mating is proposed, with the purpose of uniform and explicit explaining of tolerance and geometric mating for deviation propagation and computer programming guidance. 3) Particular deviation propagation model is introduced, and the directed deviation graph (DDG) is built for mechanical precision predicting. Considering the DDG representation of deviation propagation,precision predicting methodology is discussed and the assembly precision statistic is proposed. For linear assembly, the assembly precision statistic is calculated referring to the minimum path that is extracted from the assembly DDG by Dijkstra algorithm. For spacial accumulation of deviation, the DH method for parallel robotic gesture and location calculation is adopted, and spacial assembly precision statistic is calculated by twist theory. Finally, assembly precision predicting is conducted referring to multivariate statistical theory based on the assembly precision statistic.

装配精度主要包括零部件尺寸精度、形位精度和相互位置精度等，装配精度的高低直接影响产品的质量和性能。随着航空、航天等复杂产品朝着小型化、轻量化、精密化和光机电一体化方向发展，装配精度和可靠性要求越来越高，已经成为复杂产品精密装配和不可逆装配过程中的重要问题之一。 针对这一问题，提出了产品数字化装配精度预测技术，旨在建立面向设计、装配阶段的装配精度统一预测模型，提高产品装配精度和一次装配成功率。研究工作包括：1）由产品装调的实际工程问题出发，分析产品装配偏差源和偏差传递机理。2）构建复杂产品配合与偏差统一模型。从配合和偏差约束几何、约束自由度和约束变动入手，研究配合与偏差统一模型的构建过程。3）构建复杂产品的配合偏差传递有向图模型，并在偏差有向图模型基础上，进一步求解配合、双配合偏差有向图及其偏差统计量，在装配精度评价模型基础上，由装配偏差统计量，对复杂产品的装配精度进行预测。

对于精密和不可逆产品装配，装配精度控制是制造过程中的重要环节，其直接影响产品的质量和装配性能。项目从产品装配偏差源入手，对产品各零件偏差源、偏差作用、偏差传递累积模型进行了分析，构建了产品各类偏差源作用的统一模型和偏差传递模型，主要内容包括：.1、 提出了产品装配偏差源分类、偏差源正负累积性判定方法；详细分析了偏差源先验分布和对装配功能的偏差源作用。在产品偏差源作用分析基础上，引入单个和多个偏差源作用评价方法，并进一步阐述了两零件装配偏差传递、三个零件间装配偏差传递和零件内特征之间的偏差作用机理。.2、 提出并构建了产品配合与偏差统一模型。从配合和偏差约束几何、约束自由度和约束变动入手，详细论述了配合与偏差统一模型的构建过程。指出统一模型包含约束几何坐标体系、特定偏差表达、约束变动表达信息；系统分析了特定偏差表达的尺寸向量、偏差向量和约束方向向量映射过程，以及针对不同公差域的偏差向量多元统计模型构建过程。.3、 提出了产品偏差源累积和配合偏差传递的偏差有向图模型。从产品偏差累积和偏差传递表达入手，详细阐述了偏差有向图的构建过程：基于零件拓扑面边图表达，给出了偏差有向图节点基准几何、配合几何和偏差几何的模型映射方法；由产品配合和偏差统一模型、配合和双配合关系解析，分析了偏差有向图边的解析过程。在偏差有向图模型基础上，进一步研究了配合、双配合偏差有向图及其偏差统计量，并提出了面向装配功能的产品装配偏差有向图的构建流程。.4、 研究了产品装配精度评价及其预测技术方法。在偏差有向图基础上，提出了装配偏差统计量的概念；并针对一维线性方向的装配精度预测，分析了基于装配偏差有向图和Dijkstra算法，进行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，给出了在最小偏差路的基础上，借鉴并联机器人末端位姿计算的DH方法，进行装配偏差统计量的构建流程。.5、 作为上述研究成果的工程实践，开发了数字化装配精度预测系统。基于偏差统一建模、偏差传递表达和装配偏差统计量相关理论，详细论述了软件的系统结构、功能模块和实现方法。.项目执行三年以来，达到了预期的研究目标。在国内外期刊和会议上发表项目4篇（均标注该项目基金号），其中SCI项目1篇、EI项目3篇。另有在审SCI源期刊项目1篇；授权发明专利1项、实用新型专利1项；培养/协助培养研究生3名，其中毕业硕士2名、在读硕士1名。