[发明专利]一种面向装配的基于最小势能的平面装配性能评价方法

说明书

本发明涉及一种面向装配的基于最小势能的平面装配性能评价方法，属于制造质量预测与控制领域。首先对零件的装配面进行测量；使理想表面与装配面进行配合，根据理想表面与装配面的总势能最小且不发生干涉的条件，计算理想平面与装配面达到稳定接触时的变动矩阵，并得到此时的理想平面方程；将稳定接触的理想平面与装配坐标系三个坐标轴的截距作为装配面的装配性能评价参数，定量描述装配面的几何误差对装配性能的影响。本申请文件全面考虑了零件设计公差以及实际加工中产生的几何误差对机械产品装配性能的影响，快速准确地在真实接触状态下分析平面的装配性能、加工质量和可装配性，为装配精度控制和装配工艺优化提供指导。

技术领域

本发明涉及一种面向装配的基于最小势能的平面装配性能评价方法，属于制造质量预测与控制领域

背景技术

在机械加工过程中，由于机床加工精度、刀具磨损及加工系统的力变形、热变形等因素的综合影响，会产生一定程度的几何误差。几何误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间的偏离程度，包括尺寸误差、位置误差和形状误差。几何误差使得零件的实际表面不可能是理想平面，而是由非均匀分布在零件表面上的不同尺寸和形状的凸包和凹谷组成，具有高低起伏不平的几何形态。在装配过程中，零件的几何误差是影响装配精度的重要因素，由于几何误差的存在，装配零件的实际配合表面只有有限个凸包顶点接触，不同的几何误差分布特征必然会导致不同的装配接触状态，从而导致不同的装配性能。

传统的装配分析是以零件公称尺寸为基础进行的，没有考虑到实际零件几何误差对装配的影响，导致实际装配过程中产品的装配精度与装配性能达不到设计要求，或者需要进行反复的装调。公称尺寸信息仅代表了零件理想状态下的几何形状，几何误差描述了零件实际几何形状，公称尺寸和几何误差都是实际零件几何信息的重要组成部分，在装配分析中缺一不可。目前，国内外测量领域均以最小包容原则为基础进行评价研究，主要有最小二乘法和最小区域法，例如平面的平面度，但无法反映装配面的几何误差的非均匀分布对装配性能的影响。北京理工大学提出一种面向装配的矩形平面形状误差评价参数确定方法，考虑了实际几何误差的非均匀分布特性，但评价参数多，模拟装配寻找接触点的过程复杂且不适用于柱面装配，不能直观有效地评价装配面的装配性能。本发明综合考虑了几何误差对装配性能的影响，提出一种面向装配的基于最小势能的平面装配性能评价方法，基于最小势能原理，寻找理想平面与实际装配面模拟装配时的接触点，利用三个装配性能评价参数直观有效地表征装配面的配合趋势、装配能力和可装配性的优劣程度，是实现装配精度保障的重要环节。

发明内容

本方法的目的在于为机械系统装配提供一种平面装配性能评价方法，对装配面的可装配性进行初步评价。采用不同加工工艺加工的零件表面具有不同的形状误差形态，如图1所示，三种情况的平面度相等，但几何形态和空间分布规律不同，对装配性能的影响也不同。利用本方法可以建立形状误差分布均匀性与装配性能之间的关系，评价各个平面的配合趋势、装配能力和可装配性的优劣程度，进而为提高装配精度和优化装配工艺提供指导。图2是本发明的流程图，所述评价方法步骤如下：

步骤1：

测量和数据处理过程：测量零件的装配平面，获得测量坐标系下所述装配平面的测量数据。以零件的公称尺寸平面中心为原点建立装配坐标系，将测量坐标系LCS下的测量点转换到装配坐标系下。选择装配坐标系的坐标平面作为理想平面的初始位置，在装配坐标系下，采用插值法将理想平面离散为数据点集。

步骤2：

寻优过程：建立理想平面的变动矩阵H，表达加工平面的几何误差引起的理想平面的空间微小变化，将加工平面和理想平面的总势能最小且不发生干涉作为优化条件，建立优化模型为：

min∑(H×F2-F1)ρds

S.T.H×F2-F1≥0