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。本發明為了解決現有裝配方法無法實現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系；構建機床裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及其關聯轉換矩陣，提出機床裝配精度遷移預報方法；采用機床裝配變形場重新分布響應曲面法，構建機床裝配精度遷移控制變量矩陣及其響應轉換矩陣；構建裝配精度遷移的影響因素層次結構；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控方法；提出機床裝配工藝設計方法。本發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
【技術領域】
[0001]本發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控方法及裝配工藝設計方法，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【技術領域】。
【背景技術】
[0002]重型機床具有噸位大、結構復雜、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，運輸到生產現場進行重新裝配。重型機床初次裝配和重復裝配時，受結合面誤差及其分布、裝配預緊力、結合面間接觸狀態變化的影響，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生轉變，引起重型機床重復裝配精度遷移。當機床重復裝配精度遷移量超出預定的裝配精度閥值時，其重復裝配精度的下降，導致機床裝配精度可重復性的破壞，直接引起機床裝配精度可靠性下降，對機床服役性能產生重要影響。因此，重型機床重復裝配精度遷移成為其多次裝配中亟待解決的關鍵問題。
[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，其裝配精度偏離設計裝配精度要求的物理過程；重復裝配精度遷移是指機床在重復裝配過程中，其裝配精度偏離初次裝配最終形成的精度，導致裝配精度可重復性下降或提升的物理過程。機床重復裝配精度遷移實質是機床在裝配、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象，而機床每次裝配最終形成精度的變化即為重復裝配精度遷移。
[0004]目前，現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導致裝配回路的產生，現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，會導致裝配回路過多，使裝配精度存在多次遷移；機床結合面刮研修配，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裝配過程中變形場與裝配精度之間的映射關系，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，但是在初次和重復裝配中采用相同的裝配工藝方法，重復裝配誤差無法實現在允差范圍內的精確控制；現場檢驗機床結合面間隙，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，識別不出機床初始裝配誤差的具體分布狀態，導致機床重復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性無法得到保障。因此，實現重型機床裝配精度遷移的有效控制成為重型機床制造領域的迫切需要。
【發明內容】
[0005]本發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裝配過程中變形場與裝配精度之間的映射關系，和現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計方法。
[0006]本發明為了解決上述技術問題所采取的技術方案是:
[0007]本發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變所形成的不同類型；
[0009]步驟二:提出機床裝配精度遷移預報方法:結合現場重型車銑床零部件加工與裝配工藝條件，揭示機床重復裝配后的變形場重新分布特性，采用極坐標轉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系；構建裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及其關聯轉換矩陣，獲取機床裝配精度指標與變形場特征變量相對關聯度，求解出影響裝配精度指標的關鍵變形場特征變量，探明機床裝配精度指標與變形場特征變量之間的關系；采用機床重復裝配變形場重新分布響應曲面法，提取機床變形場重新分布的關鍵影響因素，構建機床裝配精度遷移控制變量矩陣及其響應轉換矩陣，獲得變形場特征變量與控制變量間的映射關系，揭示出裝配精度與控制變量之間的聯系，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重值，構建變形場重新分布影響因素的層次結構；
[0010]步驟三:利用機床每道工序中裝配精度遷移指標對結合面幾何偏差及裝配載荷的敏感性，構建初次裝配精度及重復裝配精度影響因素權重判斷矩陣，解算重復裝配精度影響因素權重關系，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聯轉換矩陣，提出重型機床裝配精度遷移類型的識別方法，實現對裝配精度遷移的關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變類型，通過構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，獲得其相互轉變矩陣，揭示裝配精度遷移類型的轉變機制；提出重型機床裝配精度遷移的調控方法；
[0012]步驟五:根據重型機床裝配精度遷移對裝配過程關鍵影響因素的響應特性，明確設計變量，提出裝配工藝方法的設計方法，形成重型機床重復裝配工藝，提出改善機床結合面誤差分布狀態、控制裝配預緊力等用以簡化裝配工序的具體裝配方法。
[0013]優選的: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為機床結合面合研修復后或每道工序后的最終裝配精度，當X取1，2，…，n時，Txl反映出機床結合面每次合研修復后或每道工序后形成最終裝配精度的分布特性，Ttll為設計裝配精度。Tltl的形成受到裝配設計裝配精度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致重復裝配精度遷移，其中，重復裝配精度遷移呈現兩種典型特性，有使機床裝配精度隨裝配次數逐步上升的過程，為機床重復裝配精度正向遷移；有使機床裝配精度隨裝配次數逐步降低的過程，為機床重復裝配精度負向遷移；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變過程有四部分組成，機床某一部件刮研修復前后的裝配精度轉變(正向、負向遷移類型的轉變)、機床其他部件裝配工序對某一部件裝配精度的轉變(主動、被動性質的轉變)、每道工序后形成最終裝配精度正向、負向遷移的轉變(類型的轉變)以及η次裝配最終形成的精度的轉變(正向、負向遷移類型的轉變)；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合面形位精度正向遷移、負向遷移及其相互轉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合面裝配精度的負向遷移(超差)-Λ'為機床部件合研后結合面裝配精度的負向遷移(未超差);Β為機床部件合研后結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變；D為機床每道工序后該部件結合面裝配精度負向遷移；E為機床每道工序后該部件結合面裝配精度正向遷移。其中，機床部件發生A'與B類的裝配精度遷移時，部件無C類裝配精度轉變。
[0016]優選的:步驟二中，重型機床裝配精度遷移預報方法的建立具體步驟為:
[0017]采用極值坐標轉換法，建立變形場與重復裝配精度指標之間關系，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變所形成的不同類型； 步驟二:提出機床裝配精度遷移預報方法:結合現場重型車銑床零部件加工與裝配工藝條件，揭示機床重復裝配后的變形場重新分布特性，采用極坐標轉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系；構建裝配精度指標矩陣、變形場特征變量矩陣及其關聯轉換矩陣，獲取機床裝配精度指標與變形場特征變量相對關聯度，求解出影響裝配精度指標的關鍵變形場特征變量，探明機床裝配精度指標與變形場特征變量之間的關系；采用機床重復裝配變形場重新分布響應曲面法，提取機床變形場重新分布的關鍵影響因素，構建機床裝配精度遷移控制變量矩陣及其響應轉換矩陣，獲得變形場特征變量與控制變量間的映射關系，揭示出裝配精度與控制變量之間的聯系，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重值，構建變形場重新分布影響因素的層次結構； 步驟三:利用機床每道工序中裝配精度遷移指標對結合面幾何偏差及裝配載荷的敏感性，構建初次裝配精度及重復裝配精度影響因素權重判斷矩陣，解算重復裝配精度影響因素權重關系，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聯轉換矩陣，提出重型機床裝配精度遷移類型的識別方法，實現對裝配精度遷移的關鍵影響因素及形成機制的識別； 步驟四:針對機床裝配精 度遷移的轉變類型，通過構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，獲得其相互轉變矩陣，揭示裝配精度遷移類型的轉變機制；提出重型機床裝配精度遷移的調控方法； 步驟五:根據重型機床裝配精度遷移對裝配過程關鍵影響因素的響應特性，明確設計變量，提出裝配工藝方法的設計方法，形成重型機床重復裝配工藝，提出改善機床結合面誤差分布狀態、控制裝配預緊力等用以簡化裝配工序的具體裝配方法。
2.根據權利要求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為機床結合面合研修復后或每道工序后的最終裝配精度，當X取1，2，…，η時，Txl反映出機床結合面每次合研修復后或每道工序后形成最終裝配精度的分布特性，T01為設計裝配精度；Τ1(Ι的形成受到裝配設計裝配精度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致重復裝配精度遷移，其中，重復裝配精度遷移呈現兩種典型特性，有使機床裝配精度隨裝配次數逐步上升的過程，為機床重復裝配精度正向遷移；有使機床裝配精度隨裝配次數逐步降低的過程，為機床重復裝配精度負向遷移；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變過程有四部分組成，機床某一部件刮研修復前后的裝配精度轉變、機床其他部件裝配工序對某一部件裝配精度的轉變、每道工序后形成最終裝配精度正向、負向遷移的轉變以及η次裝配最終形成的精度的轉變；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合面形位精度正向遷移、負向遷移及其相互轉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合面裝配精度的負向遷移；Α'為機床部件合研后結合面裝配精度的負向遷移；Β為機床部件合研后結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變；D為機床每道工序后該部件結合面裝配精度負向遷移；E為機床每道工序后該部件結合面裝配精度正向遷移；其中，機床部件發生A'與B類的裝配精度遷移時，部件無C類裝配精度轉變。
3.根據權利要求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報方法建立的具體步驟為: 采用極值坐標轉換法，建立變形場與重復裝配精度指標之間關系，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.根據權利要求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重模型的具體步驟為: 根據層次分析方法建立機床裝配精度遷移影響因素權重模型，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，每次裝配重復裝配前初始變形場及每次裝配重復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、平均特征值和權重向量來進行一致性檢驗，如下式所示；
5.根據權利要求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鍵影響因素； 構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在關系，如下式所示:
6.根據權利要求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，構建轉變矩陣，揭示裝配精度遷移類型的轉變機制的具體步驟: 建立機床裝配精度正向遷移與負向遷移轉變矩陣，揭示裝配精度遷移的轉變特性，機床重復裝配精度正向遷移與負向遷移轉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，三是轉變矩陣，其形式如下式所示:
7.根據權利要求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，裝配精度遷移的調控方法的具體步驟: 根據機床零部件加工、裝配及調試工藝，對機床裝配每道工序進行變形場及影響因素特征識別，預測機床部件合研后結合面裝配精度、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，通過對初次裝配預緊力、重復裝配預緊力、控制重復裝配結合面塑性變形面積、初次裝配結合面塑性變形面積、重復裝配結合面誤差曲率、重復裝配結合面接觸面積等關鍵影響因素進行控制，以使主動控制的裝配精度向正向轉變或延緩負向遷移速率；識別判據全部判別成功，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.根據權利要求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，根據重型機床裝配精度遷移對裝配過程的關鍵影響因素響應特性，提出裝配工藝方法設計方法的具體步驟: 根據重型機床裝配精度遷移對關鍵影響因素的響應特性，建立重型機床裝配工藝設計方法，主要設計變量有重復裝配預緊力、重復裝配結合表面塑形變形面積、重復裝配結合面接觸面積、重復裝配結合面誤差分布、零部件形位精度、重復裝配結合面摩擦損傷面積、初次裝配預緊力和切削載荷，并對機床未刮研修復的裝配精度負向遷移進行判別，通過優化設計變量，以使機床裝配工藝方法滿足裝配精度可靠性設計要求。
【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 優先權日:2014年1月20日
【發明者】姜彬, 孫守政 申請人:哈爾濱理工大學