復雜機械零部件裝配精度預測及控制

宋建蒙

【摘 要】復雜機械產品具有結構復雜、零部件種類和數量多等特點，因此，復雜機械產品的裝配過程也十分復雜，對復雜機械零部件裝配精度進行預測，并對裝配精度進行控制，具有重要的應用價值。為此，本文提出一種基于卡爾曼濾波法的復雜機械零部件裝配精度預測，詳細闡述了卡爾曼濾波法如何對復雜機械零部件裝配精度進行預測，并給出了有針對性的裝配精度控制方法。為復雜機械零部件的裝配提供了有效指導。

【關鍵詞】機械零部件；裝配；精度預測

中圖分類號： TH122 文獻標識碼： A 文章編號： 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

隨著我國制造業水平的不斷提升，機械零部件裝配的精度也已經顯著提高[1]，然而，我國的機械零部件裝配水平與西方發達國家之間仍然存在不小的差距，尤其是復雜機械零部件裝配方面[2]。復雜機械產品由于結構復雜，零部件的種類和數量較多，因此，復雜機械零部件的裝配過程也非常復雜，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，如何提高復雜機械零部件裝配精度，已經成為當前制造業領域中的一個研究熱點，受到了人們的廣泛關注[3]。

在進行復雜機械零部件裝配的過程中，影響裝配精度的因素主要包括：零部件材料性質的變化、零部件幾何誤差、零部件之間的相對位置公差的變化、零部件裝配尺寸鏈的變化等。其中，幾何誤差是影響復雜機械零部件裝配精度的最重要的因素。因此，在實際的復雜機械零部件裝配的過程中，經常會出現這種現象：在所有零部件的加工精度都滿足設計要求的情況下，裝配后的精度和機械的性能仍然難以達到設計要求，從而降低了復雜機械的裝配質量。針對這種情況，從研究機械零部件的幾何尺寸誤差出現的規律入手，對復雜機械零部件裝配精度的進行預測，從而實現對復雜機械零部件裝配精度的準確控制。

1 復雜機械零部件裝配精度的預測

1.1 建立復雜機械零部件裝配誤差模型

在復雜機械零部件裝配的過程中，零部件是復雜機械的基本組成單元，因此，可用零部件來描述復雜機械裝配過程中的產生誤差的規律，用零部件的特征來描述零部件之間的相對位置和方位等關系。

1.2 裝配精度的預測

由于受到復雜機械自身結構和測量方法的限制，很多零部件的幾何特征誤差都不能直接獲得，因此，難以對復雜機械零部件的裝配精度進行準確預測，這時就需要利用其它方法對零部件的相關特征進行測量，并根據測量數據來確定裝配精度。可通過卡爾曼濾波法對復雜機械零部件裝配過程中的誤差狀態進行估計。

2 復雜機械零部件裝配精度的影響因素及控制

2.1 提高機械零部件的加工精度

在復雜機械零部件裝配的過程中，通過對當前裝配工序中的測量值與上一個裝配工序中的估計值進行比較，對當前的裝配誤差狀態進行預測和修正。從公式（4）可知，P（k+1/k+1）只與Rk和Qk有關，而與測量值無關，因此，為了提高裝配誤差的預測精度，可通過降低零部件的幾何誤差來實現。在實際的機械零部件裝配中，可提高零部件的加工精度，或者選用精度更高的測量用具。由上述機械零部件裝配精度的誤差狀態預測方法可知，系統的輸入誤差可采用零部件的加工誤差，將當前裝配工序的誤差測量結果作為觀測值，通過卡爾曼濾波法的遞推方程，能夠給出當前工序中裝配誤差的最優預測值，并計算出對應的協方差矩陣，從而實現對復雜機械零部件裝配過程中的裝配角度的誤差預測，為提高裝配精度提供了可靠依據。

2.2 調整零部件的裝配工序

在實際的機械裝配過程中，有些零部件的裝配工序可以進行調整。比如，有些零部件需要借助夾具進行定位，即使對于同一零部件來說，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，可通過調整零部件的裝配工序的方式來調整裝配精度。

2.3 調整零部件的裝配位置

由于機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，在實際的裝配過程中，可調整零部件裝配位置的方式，使兩個待裝配零部件的誤差得到相互補償，從而提高了裝配精度。比如，在回轉類零部件中，幾何形狀誤差在其圓周上的分布情況也不盡相同，因此，當裝配回轉類零部件時，可對回轉類零部件的旋轉角度進行調整，從而改變兩個零部件的接觸狀態，獲得不同的裝配精度，實現對裝配精度的有效控制。

3 結束語

本文提出了一種復雜機械零部件裝配精度的預測方法，并詳細闡述了復雜機械零部件裝配精度的影響因素及控制方法。由于復雜機械產品有著復雜的機構、種類和數量較多的零部件，復雜機械零部件的裝配過程也極其復雜，而械零部件的裝配環節是復雜機械系統制造過程中的關鍵環節，對于提高復雜機械產品的質量和穩定性方面起著舉足輕重的作用，甚至會影響復雜機械產品的研發與制造，因此，本文研究的課題具有實際應用價值。

【參考文獻】

[1]蔡尚文，汪惠芬，劉庭煜.基于誤差傳遞模型的機床進給系統裝配精度預測與調整方法[J].機械制造與自動化，2016（6）：6-10.

[2]孫云艷，劉英，冉琰，等.面向數控機床裝配精度預測的元動作誤差建模技術[J].機械科學與技術，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測模型[J].機械設計與制造，2016（10）：60-62.