復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度預(yù)測(cè)及控制

宋建蒙

【摘 要】復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件種類和數(shù)量多等特點(diǎn)，因此，復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的裝配過程也十分復(fù)雜，對(duì)復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)裝配精度進(jìn)行控制，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。為此，本文提出一種基于卡爾曼濾波法的復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度預(yù)測(cè)，詳細(xì)闡述了卡爾曼濾波法如何對(duì)復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并給出了有針對(duì)性的裝配精度控制方法。為復(fù)雜機(jī)械零部件的裝配提供了有效指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械零部件；裝配；精度預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)： TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）36-0024-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.011

Assembly Accuracy Prediction and Control of Complex Mechanical Parts

SONG Jian-meng

（Institute of Physics and Chemical Engineering in Nuclear Industry，Tianjin，300180）

【Abstract】Complex mechanical products have complicated structure，various types of parts and quantity，therefore，the assembly process of which is also very complicated，it is of great importance to predict the assembly accuracy and control the assembly of complex mechanical parts.For this purpose，this paper proposed to predict the assembly accuracy of complex mechanical parts based on Kalman filter method，and explained how to use this method to predict the assembly accuracy and put forward corresponding method to control the assembly accuracy，which provides some reference for the assembly of complex mechanical parts.

【Key words】Mechanical parts；Assembly；Accuracy prediction

0 引言

隨著我國制造業(yè)水平的不斷提升，機(jī)械零部件裝配的精度也已經(jīng)顯著提高[1]，然而，我國的機(jī)械零部件裝配水平與西方發(fā)達(dá)國家之間仍然存在不小的差距，尤其是復(fù)雜機(jī)械零部件裝配方面[2]。復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件的種類和數(shù)量較多，因此，復(fù)雜機(jī)械零部件的裝配過程也非常復(fù)雜，在裝配的過程中容易受到多種因素的干擾，從而降低了裝配的精度。因此，如何提高復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度，已經(jīng)成為當(dāng)前制造業(yè)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，受到了人們的廣泛關(guān)注[3]。

在進(jìn)行復(fù)雜機(jī)械零部件裝配的過程中，影響裝配精度的因素主要包括：零部件材料性質(zhì)的變化、零部件幾何誤差、零部件之間的相對(duì)位置公差的變化、零部件裝配尺寸鏈的變化等。其中，幾何誤差是影響復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度的最重要的因素。因此，在實(shí)際的復(fù)雜機(jī)械零部件裝配的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象：在所有零部件的加工精度都滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，裝配后的精度和機(jī)械的性能仍然難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而降低了復(fù)雜機(jī)械的裝配質(zhì)量。針對(duì)這種情況，從研究機(jī)械零部件的幾何尺寸誤差出現(xiàn)的規(guī)律入手，對(duì)復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度的進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度的準(zhǔn)確控制。

1 復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度的預(yù)測(cè)

1.1 建立復(fù)雜機(jī)械零部件裝配誤差模型

在復(fù)雜機(jī)械零部件裝配的過程中，零部件是復(fù)雜機(jī)械的基本組成單元，因此，可用零部件來描述復(fù)雜機(jī)械裝配過程中的產(chǎn)生誤差的規(guī)律，用零部件的特征來描述零部件之間的相對(duì)位置和方位等關(guān)系。

1.2 裝配精度的預(yù)測(cè)

由于受到復(fù)雜機(jī)械自身結(jié)構(gòu)和測(cè)量方法的限制，很多零部件的幾何特征誤差都不能直接獲得，因此，難以對(duì)復(fù)雜機(jī)械零部件的裝配精度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這時(shí)就需要利用其它方法對(duì)零部件的相關(guān)特征進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)來確定裝配精度?？赏ㄟ^卡爾曼濾波法對(duì)復(fù)雜機(jī)械零部件裝配過程中的誤差狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。

2 復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度的影響因素及控制

2.1 提高機(jī)械零部件的加工精度

在復(fù)雜機(jī)械零部件裝配的過程中，通過對(duì)當(dāng)前裝配工序中的測(cè)量值與上一個(gè)裝配工序中的估計(jì)值進(jìn)行比較，對(duì)當(dāng)前的裝配誤差狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和修正。從公式（4）可知，P（k+1/k+1）只與Rk和Qk有關(guān)，而與測(cè)量值無關(guān)，因此，為了提高裝配誤差的預(yù)測(cè)精度，可通過降低零部件的幾何誤差來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的機(jī)械零部件裝配中，可提高零部件的加工精度，或者選用精度更高的測(cè)量用具。由上述機(jī)械零部件裝配精度的誤差狀態(tài)預(yù)測(cè)方法可知，系統(tǒng)的輸入誤差可采用零部件的加工誤差，將當(dāng)前裝配工序的誤差測(cè)量結(jié)果作為觀測(cè)值，通過卡爾曼濾波法的遞推方程，能夠給出當(dāng)前工序中裝配誤差的最優(yōu)預(yù)測(cè)值，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜機(jī)械零部件裝配過程中的裝配角度的誤差預(yù)測(cè)，為提高裝配精度提供了可靠依據(jù)。

2.2 調(diào)整零部件的裝配工序

在實(shí)際的機(jī)械裝配過程中，有些零部件的裝配工序可以進(jìn)行調(diào)整。比如，有些零部件需要借助夾具進(jìn)行定位，即使對(duì)于同一零部件來說，選用夾具的不同，裝配誤差也不同。不同的裝配工序往往采用不同的定位方式，因此，裝配工序的不同，往往采用的零部件的定位方式也不同，得到的裝配精度也不同，可通過調(diào)整零部件的裝配工序的方式來調(diào)整裝配精度。

2.3 調(diào)整零部件的裝配位置

由于機(jī)械零部件的幾何形狀都存在著一定的誤差，并且誤差分布也是不均勻的，因此，在實(shí)際的裝配過程中，可調(diào)整零部件裝配位置的方式，使兩個(gè)待裝配零部件的誤差得到相互補(bǔ)償，從而提高了裝配精度。比如，在回轉(zhuǎn)類零部件中，幾何形狀誤差在其圓周上的分布情況也不盡相同，因此，當(dāng)裝配回轉(zhuǎn)類零部件時(shí)，可對(duì)回轉(zhuǎn)類零部件的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)整，從而改變兩個(gè)零部件的接觸狀態(tài)，獲得不同的裝配精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配精度的有效控制。

3 結(jié)束語

本文提出了一種復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度的預(yù)測(cè)方法，并詳細(xì)闡述了復(fù)雜機(jī)械零部件裝配精度的影響因素及控制方法。由于復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品有著復(fù)雜的機(jī)構(gòu)、種類和數(shù)量較多的零部件，復(fù)雜機(jī)械零部件的裝配過程也極其復(fù)雜，而械零部件的裝配環(huán)節(jié)是復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)制造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于提高復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性方面起著舉足輕重的作用，甚至?xí)绊憦?fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)與制造，因此，本文研究的課題具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔡尚文，汪惠芬，劉庭煜.基于誤差傳遞模型的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)裝配精度預(yù)測(cè)與調(diào)整方法[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2016（6）：6-10.

[2]孫云艷，劉英，冉琰，等.面向數(shù)控機(jī)床裝配精度預(yù)測(cè)的元?jiǎng)幼髡`差建模技術(shù)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2017，36（11）：1734-1739.

[3]胡小秋，秦立雨，趙磊，等.基于特征偏差分布的裝配精度快速預(yù)測(cè)模型[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2016（10）：60-62.