[发明专利]一种关于装配公差的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械装配公差的优化设计方法，尤其涉及一种关于装配公差的优化设计方法。

背景技术

现有技术中零部件的装配尺寸公差和形位公差，一般是根据产品的使用性能需求、装配功能需求、质量保障、加工材料、生产条件、制造成本以及相应的国家、行业或者企业标准来确定的。

在设计阶段，如何正确、合理的选用装配公差值是必须综合考虑的一个设计问题，它对保障产品的装配及使用性能，提高产品质量，降低制造成本等都具有重要的意义。在影响零件加工成本的因素中，公差起着非常重要的作用。零件的设计公差越小，越能保障其装配功能需求，但是加工成本也随之增大。当精度提高到一定程度时，加工成本会急剧增大。如何在满足装配功能需求的情况下，设计出合理的装配特征公差值，以获得最低的加工成本，是设计产品时必须关注的一个问题。影响加工成本与公差关系的因素很多，难以用一个统一的数学模型来精确地描述所有特征的加工成本与公差的关系。例如，特征类型、加工设备、装卡方法、加工工艺、操作者、生产批量等因素，只要其中的一个或者若干个发生变化，加工成本与公差的关系就会不同。

许多成本-公差模型侧重于尺寸公差的研究，但是，制造成本还同时受到形状公差和位置公差的影响，只有将三者综合考虑建立的模型，才更接近于实际情况。本发明以最小加工成本为优化目标，综合考虑尺寸公差和形位公差，建立一个新的成本-公差模型。

依据形位公差和尺寸公差的对应关系建立遗传算法的约束条件，实现尺寸公差和形位公差的综合设计，对公差与加工成本进行建模是公差优化设计中的一项重要内容。公差优化是一个多参数的优化设计问题，遗传算法以其全局搜索能力，较强的鲁棒性和计算的并行性在其中显示出了强大的应用潜力。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种关于装配公差的优化设计方法，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种关于装配公差的优化设计方法，其特征在于，该方法为：

步骤a，根据装配公差链，确定尺寸公差；

步骤b，确定装配公差的约束条件；

步骤c，确定形位公差的类型和范围；

步骤d，确定以装配体的最小加工成本为优化目标，建立装配公差优化的目标函数；

该函数如下式所述为：

式中，C_MA为装配体MA的总加工成本函数；为特征的第a个尺寸公差的加工成本-公差函数；为特征的第b个形状公差的加工成本-公差函数；为特征的第c个位置公差的加工成本-公差函数；g为特征的尺寸公差总数；h为特征的形状公差总数；s为特征的位置公差总数；

该函数经过下述方法计算得出，

步骤d1，设定机械装配体的零件表示函数；

给定一个机械装配体如下述公式所示：

式中：

MA_∑——表示机械装配体；

P_i——组成装配体MA的第i个零件；

n——组成装配体MA的零件总数；

步骤d2，确定机械装配体的总加工成本表示函数；

装配体的总加工成本如下所示：

式中：

C_MA——装配体MA的总加工成本函数；

C(P_i)——装配体MA中零件P_i的加工成本函数；

步骤d3，确定装配体中每个零件的加工成本函数；

零件的加工成本如下所示：

式中：

——零件P_i的第j个装配特征；

——零件P_i的第j个装配特征的加工成本函数；

m——零件P_i的装配特征总数；

步骤d4，确定装配特征的加工成本函数；

如下所示：

式中：

——特征的第a个尺寸公差的加工成本-公差函数；

——特征的第b个形状公差的加工成本-公差函数；

——特征的第c个位置公差的加工成本-公差函数；

g——特征的尺寸公差总数；

h——特征的形状公差总数；

s——特征的位置公差总数；