一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法
【專利摘要】一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，涉及一種重型機床裝配方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有裝配方法無法實現(xiàn)對機床裝配精度遷移的有效控制的問題。采用裝配過程中每道工序的裝配方法對裝配精度影響特性，提出裝配精度遷移表征方法；建立機床變形場與裝配精度指標之間的映射關(guān)系；構(gòu)建機床裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及其關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換矩陣，提出機床裝配精度遷移預(yù)報方法；采用機床裝配變形場重新分布響應(yīng)曲面法，構(gòu)建機床裝配精度遷移控制變量矩陣及其響應(yīng)轉(zhuǎn)換矩陣；構(gòu)建裝配精度遷移的影響因素層次結(jié)構(gòu)；提出機床裝配精度遷移類型的識別方法，提出裝配精度遷移的調(diào)控方法；提出機床裝配工藝設(shè)計方法。本發(fā)明用于重型機床裝配。
【專利說明】一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抑制重型機床裝配精度負向遷移的方法，具體涉及采用重型機床裝配精度遷移表征方法，重型機床裝配精度遷移的預(yù)報方法，重型機床裝配精度遷移識別方法，重型機床裝配精度遷移的調(diào)控方法及裝配工藝設(shè)計方法，裝配出用于加工大型核電零部件的重型車銑加工機床；屬于重型機床裝配【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]重型機床具有噸位大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配載荷大、運輸困難等特點，初次裝配精度檢測合格后，需要拆卸成幾大類部件，運輸?shù)缴a(chǎn)現(xiàn)場進行重新裝配。重型機床初次裝配和重復(fù)裝配時，受結(jié)合面誤差及其分布、裝配預(yù)緊力、結(jié)合面間接觸狀態(tài)變化的影響，機床變形場重新分布，從而使得重型機床零部件間相互配合精度、零部件間相互位置精度和單個零部件形位精度發(fā)生轉(zhuǎn)變，引起重型機床重復(fù)裝配精度遷移。當機床重復(fù)裝配精度遷移量超出預(yù)定的裝配精度閥值時，其重復(fù)裝配精度的下降，導(dǎo)致機床裝配精度可重復(fù)性的破壞，直接引起機床裝配精度可靠性下降，對機床服役性能產(chǎn)生重要影響。因此，重型機床重復(fù)裝配精度遷移成為其多次裝配中亟待解決的關(guān)鍵問題。
[0003]機床裝配精度遷移分為初次裝配精度遷移和重復(fù)裝配精度遷移，初始裝配精度遷移是指機床在初始裝配過程中，其裝配精度偏離設(shè)計裝配精度要求的物理過程；重復(fù)裝配精度遷移是指機床在重復(fù)裝配過程中，其裝配精度偏離初次裝配最終形成的精度，導(dǎo)致裝配精度可重復(fù)性下降或提升的物理過程。機床重復(fù)裝配精度遷移實質(zhì)是機床在裝配、運行過程中變形場重新分布，所引起的裝配精度的改變。機床零部件每次裝配過程中存在回路，導(dǎo)致一次裝配中每次裝配后，所形成的裝配精度也存在遷移現(xiàn)象，而機床每次裝配最終形成精度的變化即為重復(fù)裝配精度遷移。
[0004]目前，現(xiàn)有裝配工藝方法存在以下問題，機床部件每次裝配過程中的每道工序?qū)е卵b配回路的產(chǎn)生，現(xiàn)有裝配方法無法準確定位修配對象，采用試湊方法進行修配，會導(dǎo)致裝配回路過多，使裝配精度存在多次遷移；機床結(jié)合面刮研修配，是無法避免的，原因是使裝配后部件誤差累積達標，必須保證單個部件極高的加工精度，這是難以實現(xiàn)的，只能通過部件的刮研修配手段抵消一定的誤差累積；沒有考慮重型機床重復(fù)裝配過程中變形場與裝配精度之間的映射關(guān)系，機床裝配引起的變形場重新分布及其對裝配精度影響機制存在模糊性和不確定性，無法實現(xiàn)對機床裝配精度遷移的有效控制。在機床初次裝配過程中出現(xiàn)裝配精度遷移超差后，采用試湊刮研、修研、合研等方法，以使初次裝配精度遷移得到初步控制，但是在初次和重復(fù)裝配中采用相同的裝配工藝方法，重復(fù)裝配誤差無法實現(xiàn)在允差范圍內(nèi)的精確控制；現(xiàn)場檢驗機床結(jié)合面間隙，通常采用塞尺檢驗法，但是，這種檢驗僅能驗證裝配誤差在允差范圍之內(nèi)，識別不出機床初始裝配誤差的具體分布狀態(tài)，導(dǎo)致機床重復(fù)裝配變形場具有不確定性，不能完全解決裝配精度遷移問題，機床裝配精度可重復(fù)性無法得到保障。因此，實現(xiàn)重型機床裝配精度遷移的有效控制成為重型機床制造領(lǐng)域的迫切需要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決已有重型機床裝配方法沒有考慮重型機床重復(fù)裝配過程中變形場與裝配精度之間的映射關(guān)系，和現(xiàn)有機床裝配引起的變形場重新分布及其對裝配精度影響機制存在模糊性和不確定性，無法實現(xiàn)對機床裝配精度遷移的有效控制的問題，提供一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配設(shè)計方法。
[0006]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明所述一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，具體步驟為:
[0008]步驟一:針對現(xiàn)有解決機床裝配精度超差方法的不足，揭示機床裝配精度遷移的形成過程，進而探明重型機床重復(fù)裝配精度遷移的形成過程及其類型，提出重型機床裝配精度遷移的表征方法，獲取機床每道工序中裝配精度正向遷移、負向遷移及其相互轉(zhuǎn)變所形成的不同類型；
[0009]步驟二:提出機床裝配精度遷移預(yù)報方法:結(jié)合現(xiàn)場重型車銑床零部件加工與裝配工藝條件，揭示機床重復(fù)裝配后的變形場重新分布特性，采用極坐標轉(zhuǎn)換法及變形場極值法，建立機床變形場與裝配精度指標之間的映射關(guān)系；構(gòu)建裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及其關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換矩陣，獲取機床裝配精度指標與變形場特征變量相對關(guān)聯(lián)度，求解出影響裝配精度指標的關(guān)鍵變形場特征變量，探明機床裝配精度指標與變形場特征變量之間的關(guān)系；采用機床重復(fù)裝配變形場重新分布響應(yīng)曲面法，提取機床變形場重新分布的關(guān)鍵影響因素，構(gòu)建機床裝配精度遷移控制變量矩陣及其響應(yīng)轉(zhuǎn)換矩陣，獲得變形場特征變量與控制變量間的映射關(guān)系，揭示出裝配精度與控制變量之間的聯(lián)系，建立重型機床裝配精度遷移模型；求解機床變形場重新分布的影響因素權(quán)重值，構(gòu)建變形場重新分布影響因素的層次結(jié)構(gòu)；
[0010]步驟三:利用機床每道工序中裝配精度遷移指標對結(jié)合面幾何偏差及裝配載荷的敏感性，構(gòu)建初次裝配精度及重復(fù)裝配精度影響因素權(quán)重判斷矩陣，解算重復(fù)裝配精度影響因素權(quán)重關(guān)系，揭示裝配精度遷移的形成機制，通過裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換矩陣，提出重型機床裝配精度遷移類型的識別方法，實現(xiàn)對裝配精度遷移的關(guān)鍵影響因素及形成機制的識別；
[0011]步驟四:針對機床裝配精度遷移的轉(zhuǎn)變類型，通過構(gòu)建機床裝配精度指標正向遷移矩陣、機床裝配精度指標負向遷移矩陣，獲得其相互轉(zhuǎn)變矩陣，揭示裝配精度遷移類型的轉(zhuǎn)變機制；提出重型機床裝配精度遷移的調(diào)控方法；
[0012]步驟五:根據(jù)重型機床裝配精度遷移對裝配過程關(guān)鍵影響因素的響應(yīng)特性，明確設(shè)計變量，提出裝配工藝方法的設(shè)計方法，形成重型機床重復(fù)裝配工藝，提出改善機床結(jié)合面誤差分布狀態(tài)、控制裝配預(yù)緊力等用以簡化裝配工序的具體裝配方法。
[0013]優(yōu)選的:步驟一中，重型機床裝配精度遷移的表征方法的具體步驟為:設(shè)定Tltl為機床部件刮研修配工序前的初始裝配精度，Txl為機床結(jié)合面合研修復(fù)后或每道工序后的最終裝配精度，當X取1，2，…，n時，Txl反映出機床結(jié)合面每次合研修復(fù)后或每道工序后形成最終裝配精度的分布特性，Ttll為設(shè)計裝配精度。Tltl的形成受到裝配設(shè)計裝配精度Ttll與初次裝配方法影響J11的形成由Tltl與刮研修配方法決定；Τ21到Tnl的形成受到機床其他部件裝配的工序影響。[0014]機床零部件每次裝配形成的最終精度的變化導(dǎo)致重復(fù)裝配精度遷移，其中，重復(fù)裝配精度遷移呈現(xiàn)兩種典型特性，有使機床裝配精度隨裝配次數(shù)逐步上升的過程，為機床重復(fù)裝配精度正向遷移；有使機床裝配精度隨裝配次數(shù)逐步降低的過程，為機床重復(fù)裝配精度負向遷移；Tn、T' ml、τ"η1分別代表初次裝配最終形成的精度、二次裝配最終形成的精度及η次裝配最終形成的精度。其中，機床裝配精度遷移形成過程有三部分組成，機床部件刮研修配工序前的初始裝配精度的形成過程、初次裝配最終形成的精度的形成過程以及η次裝配最終形成的精度的形成過程；機床裝配精度遷移轉(zhuǎn)變過程有四部分組成，機床某一部件刮研修復(fù)前后的裝配精度轉(zhuǎn)變(正向、負向遷移類型的轉(zhuǎn)變)、機床其他部件裝配工序?qū)δ骋徊考b配精度的轉(zhuǎn)變(主動、被動性質(zhì)的轉(zhuǎn)變)、每道工序后形成最終裝配精度正向、負向遷移的轉(zhuǎn)變(類型的轉(zhuǎn)變)以及η次裝配最終形成的精度的轉(zhuǎn)變(正向、負向遷移類型的轉(zhuǎn)變)；建立機床裝配精度遷移的表征方法；
[0015]得到機床每次裝配中每道工序引起的結(jié)合面形位精度正向遷移、負向遷移及其相互轉(zhuǎn)變形成的六種不同類型，在機床一次裝配中，A為機床部件合研后結(jié)合面裝配精度的負向遷移(超差)-Λ'為機床部件合研后結(jié)合面裝配精度的負向遷移(未超差);Β為機床部件合研后結(jié)合面裝配精度的正向遷移；C為機床部件刮研修配后裝配精度的正向遷移轉(zhuǎn)變；D為機床每道工序后該部件結(jié)合面裝配精度負向遷移；E為機床每道工序后該部件結(jié)合面裝配精度正向遷移。其中，機床部件發(fā)生A'與B類的裝配精度遷移時，部件無C類裝配精度轉(zhuǎn)變。
[0016]優(yōu)選的:步驟二中，重型機床裝配精度遷移預(yù)報方法的建立具體步驟為:
[0017]采用極值坐標轉(zhuǎn)換法，建立變形場與重復(fù)裝配精度指標之間關(guān)系，用三個在機床變形曲線上極大值點M及極小值點L、R的坐標值，按照下式計算出YZ向、XZ向、XY向的裝配誤差值fYZ、fxz、fXY:
【權(quán)利要求】
1.一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于，具體步驟為: 步驟一:針對現(xiàn)有解決機床裝配精度超差方法的不足，揭示機床裝配精度遷移的形成過程，進而探明重型機床重復(fù)裝配精度遷移的形成過程及其類型，提出重型機床裝配精度遷移的表征方法，獲取機床每道工序中裝配精度正向遷移、負向遷移及其相互轉(zhuǎn)變所形成的不同類型； 步驟二:提出機床裝配精度遷移預(yù)報方法:結(jié)合現(xiàn)場重型車銑床零部件加工與裝配工藝條件，揭示機床重復(fù)裝配后的變形場重新分布特性，采用極坐標轉(zhuǎn)換法及變形場極值法，建立機床變形場與裝配精度指標之間的映射關(guān)系；構(gòu)建裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及其關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換矩陣，獲取機床裝配精度指標與變形場特征變量相對關(guān)聯(lián)度，求解出影響裝配精度指標的關(guān)鍵變形場特征變量，探明機床裝配精度指標與變形場特征變量之間的關(guān)系；采用機床重復(fù)裝配變形場重新分布響應(yīng)曲面法，提取機床變形場重新分布的關(guān)鍵影響因素，構(gòu)建機床裝配精度遷移控制變量矩陣及其響應(yīng)轉(zhuǎn)換矩陣，獲得變形場特征變量與控制變量間的映射關(guān)系，揭示出裝配精度與控制變量之間的聯(lián)系，建立重型機床裝配精度遷移模型；求解機床變形場重新分布的影響因素權(quán)重值，構(gòu)建變形場重新分布影響因素的層次結(jié)構(gòu)； 步驟三:利用機床每道工序中裝配精度遷移指標對結(jié)合面幾何偏差及裝配載荷的敏感性，構(gòu)建初次裝配精度及重復(fù)裝配精度影響因素權(quán)重判斷矩陣，解算重復(fù)裝配精度影響因素權(quán)重關(guān)系，揭示裝配精度遷移的形成機制，通過裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換矩陣，提出重型機床裝配精度遷移類型的識別方法，實現(xiàn)對裝配精度遷移的關(guān)鍵影響因素及形成機制的識別； 步驟四:針對機床裝配精 度遷移的轉(zhuǎn)變類型，通過構(gòu)建機床裝配精度指標正向遷移矩陣、機床裝配精度指標負向遷移矩陣，獲得其相互轉(zhuǎn)變矩陣，揭示裝配精度遷移類型的轉(zhuǎn)變機制；提出重型機床裝配精度遷移的調(diào)控方法； 步驟五:根據(jù)重型機床裝配精度遷移對裝配過程關(guān)鍵影響因素的響應(yīng)特性，明確設(shè)計變量，提出裝配工藝方法的設(shè)計方法，形成重型機床重復(fù)裝配工藝，提出改善機床結(jié)合面誤差分布狀態(tài)、控制裝配預(yù)緊力等用以簡化裝配工序的具體裝配方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于:步驟一中，重型機床裝配精度遷移的表征方法的具體步驟為:設(shè)定Tltl為機床部件刮研修配工序前的初始裝配精度，Txl為機床結(jié)合面合研修復(fù)后或每道工序后的最終裝配精度，當X取1，2，…，η時，Txl反映出機床結(jié)合面每次合研修復(fù)后或每道工序后形成最終裝配精度的分布特性，T01為設(shè)計裝配精度；Τ1(Ι的形成受到裝配設(shè)計裝配精度Ttll與初次裝配方法影響J11的形成由Tltl與刮研修配方法決定；Τ21到Tnl的形成受到機床其他部件裝配的工序影響； 機床零部件每次裝配形成的最終精度的變化導(dǎo)致重復(fù)裝配精度遷移，其中，重復(fù)裝配精度遷移呈現(xiàn)兩種典型特性，有使機床裝配精度隨裝配次數(shù)逐步上升的過程，為機床重復(fù)裝配精度正向遷移；有使機床裝配精度隨裝配次數(shù)逐步降低的過程，為機床重復(fù)裝配精度負向遷移；Tn、T' ml、T"nl分別代表初次裝配最終形成的精度、二次裝配最終形成的精度及η次裝配最終形成的精度；其中，機床裝配精度遷移形成過程有三部分組成，機床部件刮研修配工序前的初始裝配精度的形成過程、初次裝配最終形成的精度的形成過程以及η次裝配最終形成的精度的形成過程；機床裝配精度遷移轉(zhuǎn)變過程有四部分組成，機床某一部件刮研修復(fù)前后的裝配精度轉(zhuǎn)變、機床其他部件裝配工序?qū)δ骋徊考b配精度的轉(zhuǎn)變、每道工序后形成最終裝配精度正向、負向遷移的轉(zhuǎn)變以及η次裝配最終形成的精度的轉(zhuǎn)變；建立機床裝配精度遷移的表征方法； 得到機床每次裝配中每道工序引起的結(jié)合面形位精度正向遷移、負向遷移及其相互轉(zhuǎn)變形成的六種不同類型，在機床一次裝配中，A為機床部件合研后結(jié)合面裝配精度的負向遷移；Α'為機床部件合研后結(jié)合面裝配精度的負向遷移；Β為機床部件合研后結(jié)合面裝配精度的正向遷移；C為機床部件刮研修配后裝配精度的正向遷移轉(zhuǎn)變；D為機床每道工序后該部件結(jié)合面裝配精度負向遷移；E為機床每道工序后該部件結(jié)合面裝配精度正向遷移；其中，機床部件發(fā)生A'與B類的裝配精度遷移時，部件無C類裝配精度轉(zhuǎn)變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于:步驟二中，重型機床裝配精度遷移預(yù)報方法建立的具體步驟為: 采用極值坐標轉(zhuǎn)換法，建立變形場與重復(fù)裝配精度指標之間關(guān)系，用三個在機床變形曲線上極大值點M及極小值點L、R的坐標值，按照下式計算出YZ向、XZ向、XY向的裝配誤差值 fYZ、fxz> fXY:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于:步驟二中，建立機床裝配精度遷移影響因素權(quán)重模型的具體步驟為: 根據(jù)層次分析方法建立機床裝配精度遷移影響因素權(quán)重模型，將指標按層次分解成四個部分，變形場重新分布/每次裝配最終形成的變形場為目標層O，每次裝配重復(fù)裝配前初始變形場及每次裝配重復(fù)裝配后最終變形場為首要準則層C1，初始裝配方法的影響及重復(fù)裝配方法的影響為次要準則層C2，變形場各類底層影響因素為方案層P，構(gòu)造四類判斷矩陣Am，并通過求解最大特征值、平均特征值和權(quán)重向量來進行一致性檢驗，如下式所示；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于:步驟三中，利用裝配過程每道工序中精度指標對結(jié)合面幾何偏差及裝配載荷的敏感性，揭示裝配精度遷移的形成機制具體步驟為: 機床裝配精度遷移的識別方法由裝配精度遷移影響因素的識別方法、裝配精度遷移形成機制的識別方法及裝配精度遷移類型的識別方法組成；其中，裝配精度遷移的形成機制由機床部件刮研修配工序前的初始裝配精度的形成機制、初次裝配最終形成的精度的形成機制以及η次裝配最終形成的精度的形成機制組成；初次裝配最終形成的精度的形成機制受機床部件刮研修配工序前的初始裝配精度的形成機制影響，η次裝配最終形成的精度的形成機制受初次裝配最終形成的精度的形成機制及η次裝配最終形成的精度的形成機制影響，能夠識別重型機床裝配精度遷移的關(guān)鍵影響因素； 構(gòu)建機床初次裝配方法的判斷矩陣變量目標值，揭示初次裝配變形場影響因素之間內(nèi)在關(guān)系，如下式所示:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于:步驟四中，構(gòu)建轉(zhuǎn)變矩陣，揭示裝配精度遷移類型的轉(zhuǎn)變機制的具體步驟: 建立機床裝配精度正向遷移與負向遷移轉(zhuǎn)變矩陣，揭示裝配精度遷移的轉(zhuǎn)變特性，機床重復(fù)裝配精度正向遷移與負向遷移轉(zhuǎn)變矩陣有三部分組成，一是裝配精度指標正向遷移矩陣，二是裝配精度指標負向遷移矩陣，三是轉(zhuǎn)變矩陣，其形式如下式所示:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于:步驟四中，裝配精度遷移的調(diào)控方法的具體步驟: 根據(jù)機床零部件加工、裝配及調(diào)試工藝，對機床裝配每道工序進行變形場及影響因素特征識別，預(yù)測機床部件合研后結(jié)合面裝配精度、機床部件刮研修配后裝配精度、機床每道工序后該部件結(jié)合面裝配精度，對裝配精度類型進行識別，通過對初次裝配預(yù)緊力、重復(fù)裝配預(yù)緊力、控制重復(fù)裝配結(jié)合面塑性變形面積、初次裝配結(jié)合面塑性變形面積、重復(fù)裝配結(jié)合面誤差曲率、重復(fù)裝配結(jié)合面接觸面積等關(guān)鍵影響因素進行控制，以使主動控制的裝配精度向正向轉(zhuǎn)變或延緩負向遷移速率；識別判據(jù)全部判別成功，說明機床裝配精度遷移得到有效控制，能夠達到機床裝配精度可靠性要求。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種抑制裝配精度負向遷移的重型機床裝配方法，其特征在于:步驟五中，根據(jù)重型機床裝配精度遷移對裝配過程的關(guān)鍵影響因素響應(yīng)特性，提出裝配工藝方法設(shè)計方法的具體步驟: 根據(jù)重型機床裝配精度遷移對關(guān)鍵影響因素的響應(yīng)特性，建立重型機床裝配工藝設(shè)計方法，主要設(shè)計變量有重復(fù)裝配預(yù)緊力、重復(fù)裝配結(jié)合表面塑形變形面積、重復(fù)裝配結(jié)合面接觸面積、重復(fù)裝配結(jié)合面誤差分布、零部件形位精度、重復(fù)裝配結(jié)合面摩擦損傷面積、初次裝配預(yù)緊力和切削載荷，并對機床未刮研修復(fù)的裝配精度負向遷移進行判別，通過優(yōu)化設(shè)計變量，以使機床裝配工藝方法滿足裝配精度可靠性設(shè)計要求。
【文檔編號】G06F17/50GK103793560SQ201410023577
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】姜彬, 孫守政 申請人:哈爾濱理工大學(xué)