【摘要】：裝配是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),而裝配精度是裝配過程的重要度量指標(biāo)。為預(yù)測數(shù)控機床最終裝配精度,利用"功能-運動-動作(Function-Movement-Action,FMA)"的功能分解原則對機床的裝配過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析,將機床分解至基本動作單元-元動作;構(gòu)建基于元動作的裝配誤差傳遞層次架構(gòu)圖,清晰地表達(dá)了各裝配單元間的裝配關(guān)系及幾何特征之間的邏輯關(guān)系;以幾何特征誤差在裝配過程中的傳遞與積累為基礎(chǔ),構(gòu)建多層次狀態(tài)空間模型預(yù)測數(shù)控機床最終裝配精度;以某數(shù)控加工中心的Z軸進(jìn)給功能裝配單元為例,驗證了該方法在機床裝配誤差預(yù)測中的可行性。
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圖片說明： 度預(yù)測以零件裝配順序為依據(jù)構(gòu)建模型，未能體現(xiàn)零部件之間的關(guān)系及零部件幾何特征之間的關(guān)系。因此本文提出面向數(shù)控機床裝配精度預(yù)測的元動作誤差建模方法，對數(shù)控機床進(jìn)行FMA結(jié)構(gòu)化分解，構(gòu)建基于元動作的裝配誤差傳遞層次架構(gòu)圖來表達(dá)各裝配單元的裝配關(guān)系及幾何特征之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建多層次狀態(tài)空間模型分析誤差在裝配過程中傳遞積累規(guī)律，為數(shù)控機床設(shè)計與制造中誤差防止與補償提供了依據(jù)和基矗1面向數(shù)控機床裝配精度預(yù)測的元動作誤差建模面向數(shù)控機床裝配精度預(yù)測的元動作誤差建模方法的基本流程如圖1所示。圖1面向機床裝配精度預(yù)測的元動作誤差建模流程圖該方法以元動作裝配單元作為精度預(yù)測的基本單元，以元動作之間結(jié)合面的幾何特征誤差為分析對象，構(gòu)建裝配誤差傳遞層次架構(gòu)圖來體現(xiàn)裝配單元及其幾何特征之間的關(guān)系，最后以多層次狀態(tài)空間為預(yù)測模型預(yù)測數(shù)控機床最終裝配精度。2功能結(jié)構(gòu)化分解方法2．1FMA結(jié)構(gòu)化分解方法數(shù)控機床是典型的復(fù)雜機電系統(tǒng)，在討論其裝配質(zhì)量特性時直接分析是非常復(fù)雜、困難的，需對其進(jìn)行分解，將其簡化為易建模、易分析的基本單元，以基本單元為基礎(chǔ)分析裝配質(zhì)量，然后再將基本單元的質(zhì)量特性合成為整機的裝配質(zhì)量。FMA結(jié)構(gòu)化分解方法是將數(shù)控機床的加工過程按照“功能-運動-動作”的方式進(jìn)行自上而下逐層分解的方法，將機床加工功能這樣一個復(fù)雜的綜合運動拆分成一系列基本的動作單元，將機床的加工功能看作是一系列相互關(guān)聯(lián)的動作［9］，如圖2所示為FMA結(jié)構(gòu)化分解樹，功能層、運動層和動作層實際為網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，，不同的功能可能會共用同一動作，可通過圖2分析各元動作的使用頻率和重要度等信息。FMA功能分解方法將機床視為動態(tài)目標(biāo)，更方便分析加工動態(tài)過程中的質(zhì)量
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圖片說明： 將基本單元的質(zhì)量特性合成為整機的裝配質(zhì)量。FMA結(jié)構(gòu)化分解方法是將數(shù)控機床的加工過程按照“功能-運動-動作”的方式進(jìn)行自上而下逐層分解的方法，將機床加工功能這樣一個復(fù)雜的綜合運動拆分成一系列基本的動作單元，將機床的加工功能看作是一系列相互關(guān)聯(lián)的動作［9］，如圖2所示為FMA結(jié)構(gòu)化分解樹，功能層、運動層和動作層實際為網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，不同的功能可能會共用同一動作，可通過圖2分析各元動作的使用頻率和重要度等信息。FMA功能分解方法將機床視為動態(tài)目標(biāo)，更方便分析加工動態(tài)過程中的質(zhì)量和可靠性問題。圖2FMA結(jié)構(gòu)化分解2．2元動作裝配單元對數(shù)控機床進(jìn)行FMA結(jié)構(gòu)化分解，分解到不能再分解的動作層，將其稱為元動作。數(shù)控機床加工過程運動復(fù)雜，通過分解得到的元動作一般是機電產(chǎn)品的兩種基本運動形式:移動和轉(zhuǎn)動，有利于簡化機床裝配質(zhì)量的分析過程。在裝配過程中，由實現(xiàn)一個元動作的基準(zhǔn)件組成，可以進(jìn)行獨立組裝，能夠?qū)崿F(xiàn)該元動作規(guī)定動作的一組零件組成的獨立組件稱為元動作裝配單元(Meta-actionassemblyunit，MAU)［11］。典型的元動作由支撐件、動力源、執(zhí)行件和傳動緊固件組成，如圖3所示絲杠轉(zhuǎn)動元動作裝配單元構(gòu)成要素�？瑟毩⑼瓿梢�(guī)定運動的所有零部件集合為運動裝配單元，可獨立完成規(guī)定功能的所有零部件集合為功能裝配單元。數(shù)控機床可視為由一系列元動作裝配單元組裝而成的產(chǎn)品，機床裝配質(zhì)量由元動作裝配單元的裝配精度來保證，元動作裝配單元誤差源及誤差傳遞模型的研究是整機裝配精度預(yù)測的基礎(chǔ)［8］;各元動作裝配單元之間的相互關(guān)系對整機裝配質(zhì)量亦產(chǎn)生較大影響。元動作裝配單元間不僅以靜態(tài)幾何特征配合，還以運動部件進(jìn)行配合。1735
【作者單位】： 重慶大學(xué)機械傳動國家重點實驗室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項目(51575070) 國家科技重大專項項目(2014ZX04001-031,2015ZX04003003-07)資助
【分類號】：TG95;TH161.7

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本文編號：2513899