基于结合面误差建模的复杂装配体精度预测方法研究

Accumulation and transmission of Geometric error by the Joint surface affects the assembly function and performance of the assembly error, It’s an important prerequisite to improve the versatility of assembly error analysis and precision of accuracy prediction by studying the formation of the joint surface error under the coupling of multiple factors.The project Analysis the error variation of geometric elements According to multi - tolerance coupling situations, the explicit function relation between the actual variation interval bandwidth of geometric element's error component and tolerance was established; An assembly error analysis method based on joint surface was proposed, transfer function of joint surface and transfer properties of joint surface for error were analyzed, it’ study that the error transfer properties of joint surface groups and error component calculation method. It’s revealed accumulation and transfer Mechanism of Assembly Error for Complex Assembly Constraints; The search method of assembly error transfer path was presented on the basis of JSS matrix, and the solution of the main error transfer path of assembly was achieved, and determine the major error distributions that affect the assembly accuracy; On the basis of joint surface error model and the main assembly error transfer path, assembly error model was built, and the assembly accuracy prediction was realized.The project result can effectively reduce the complexity of analysis and solution of assembly error, improve the versatility and accuracy of the method to the Assembly accuracy, It has important theoretical significance and engineering application value for product precision design.

几何误差通过结合面的累积和传递影响装配体功能与性能的装配体误差，研究多因素耦合作用下的结合面误差形成、累积与传递机理是提高装配误差分析通用性、精度预测准确性的重要前提。项目分析几何要素在多公差耦合作用下的误差变动情况，构建几何要素误差分量的实际变动区间带宽与公差之间的显式函数关系；提出基于结合面的装配体误差分析方法，分析结合面对误差的传递作用和结合面的误差传递属性，研究结合面组的误差传递属性及误差分量计算方法，揭示复杂装配约束关系的装配体误差累积与传递机理；研究基于结合面符号矩阵的装配体误差传递路径搜索方法，求解装配体主导误差传递路径，确定影响装配精度的主要误差分布；基于结合面误差模型与装配体主导误差传递路径建立装配体误差模型，实现装配的体精度预测。项目成果将有效降低装配体误差分析和求解的复杂性，提升装配体精度预测方法的通用性和准确性，对产品精度设计具有重要的理论研究意义和工程应用价值。

零件加工误差通过结合面在装配过程中累积传递，形成影响装配体功能与性能的装配体误差,研究多因素耦合作用下结合面误差的形成机理、传递过程与累积形式是实现装配体精度预测的重要前提，发展通用性强的装配体精度预测方法，是实现装配体误差补偿及公差优化的重要依据，具有较大的理论研究意义和工程价值。项目分析了几何要素在多公差耦合作用下的误差变动，建立了具体的误差变动不等式与约束不等式，并采用蒙特卡洛模拟法获得了各误差分量的实际变动区间带宽，运用响应面法建立了几何要素各误差分量的实际变动区间带宽与相关公差之间的显式函数关系，可获得更加准确的零件几何要素误差。提出基于结合面的装配体误差分析方法，揭示了包含复杂装配约束关系的装配体的误差累积与传递机理，以零件几何要素的误差为基础建立了结合面误差模型，给出了结合面的误差传递属性，分析了装配体中不同结合面间的关联关系对相邻结合面误差传递属性的影响，构建了结合面组的误差传递属性分析及具体误差分量的计算方法，降低了复杂装配体误差求解的复杂性。结合多色集合理论与结合面符号，建立了可描述结合面多维信息的结合面符号矩阵（JSS矩阵），建立了装配体误差传递路径的搜索方法和主导误差传递路径的选择依据，通过对装配体主导误差传递路径的求解，确定了影响装配精度的主要误差分布，解耦了复杂装配体中的误差传递过程，提升了精度预测方法的适用性。基于以上结合面误差模型以及装配体主导误差传递路径的研究，运用多体运动学理论建立了装配体误差模型，可实现复杂装配体的精度预测，运用动态惩罚函数法与遗传算法在一定程度上实现了的装配体公差优化。验证试验主要对MKW5230A/3×160大型数控龙门导轨磨床的磨头进行了误差测量，对比磨头工作点X、Y、Z三个方向上的实测误差与残余误差数据，经装配体误差模型模型预测补偿后，磨头工作点三个方向残余误差的最大绝对值与均值都有大幅度下降，验证了装配体误差模型预测精度的准确性。