五轴多工序加工检测夹具下的误差成本优化分析

为平衡多工序制造系统中质量与成本的问题,提出一种在机检测夹具间接影响质量与成本的求解方式。在该求解方式中,分析了在机检测夹具变量误差的特点,采用状态空间法建立了误差传递模型;分析了在机检测夹具的成本,采用显著性检验的方法建立了检测成本模型,并将检测成本融入包含公差成本和质量损失成本的成本模型中。在此基础上,提出以成本模型为目标函数、误差传递模型为约束条件的优化函数,找出零件满足质量的最优成本。以两类零件加工的质量成本为例,验证了在机检测夹具方式的有效性。     

再制造机床装配过程误差传递模型与精度预测

再制造机床的装配零件具有更多的不确定性和随机性,为保证装配精度的一致性与可靠性,需要建立其装配过程误差传递数学模型,定量描述装配过程的误差传递与累积规律.提出再制造机床装配过程中的零件质量特征、实际测量结果与装配过程误差源的数学映射关系及其误差流模型,定量描述了再制造机床装配过程中零件质量特征变动、特征测量、调整的偏差传递.在此基础上提出误差流修正函数,实现了再制造机床装备精度预测、分析和质量误差修正.以再制造机床主轴箱装配过程为例,验证了该模型及修正函数能够正确有效地消减装配过程误差.     

不同构型的加工系统中尺寸偏差预测模型与方法

为快速评估不同构型的可重构加工系统中零件的质量,提出了一种基于误差传递模型的尺寸偏差预测方法。利用CAD和CAPP信息,综合各工位中安装误差和加工误差的影响,建立了串联多级加工系统中零件的尺寸偏差在各工作站间传递的系统级模型。给出了采用3-2-1定位方式中夹具误差、基准误差和随机误差源的关系式。基于偏差传递模型,以加工过程随机参数为输入,采用蒙特卡罗仿真方法得到零件的尺寸偏差。通过实例验证了预测方法的有效性。     

元动作装配单元误差源及误差传递模型研究

机械产品装配误差源和误差传递规律分析,是装配精度预测与控制的前提工作。在对数控机床进行结构化分解至元动作的基础上,提出了元动作装配单元的概念。针对元动作装配单元层面影响装配质量的因素,将装配过程的误差源分为位置误差、形状误差、装配位置误差等五类误差源;建立各类误差源及其误差评价的统计模型;分析误差在零件间、零件内两特征间的传递和相互作用,构建误差传递链图、误差传递网络对五种误差源与配合误差进行形象化表达。综合误差传递链接图,建立面向整个产品误差传递及装配功能表达的装配误差网络图模型,为方便误差传递网络图中各类误差传递模型的计算与存储,又进一步构建了面向整个产品装配误差传递的链接矩阵。以某加工中心连续分度转台蜗杆转动元动作装配单元装配为例,验证误差源表达和误差传递模型的有效性。     

基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计

提出一种基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计方法。分析二维多工位装配尺寸偏差传递关系,建立由定位销和零件定位孔(槽)公差引起夹具定位偏差的偏差流状态空间模型。采用数论网格方法对定位销和零件定位孔(槽)公差进行采样,将得到的公差样本代入夹具定位偏差模型,求得夹具定位偏差样本空间,将夹具定位偏差作为状态空间模型的输入偏差,提出基于状态空间模型的二维多工位装配成功率计算方法。继而应用Taguchi正交试验直观分析方法,分析得到影响装配成功率的主要因素即夹具系统定位销副关键公差,运用回归正交组合设计拟合得到二维多工位装配成功率与夹具系统定位销副关键公差的响应面模型。以定位销、零件定位孔(槽)制造成本所构成的装配成本最小化为目标,二维多工位装配成功率为约束,建立二维多工位装配夹具系统定位销和零件定位孔(槽)公差可行稳健设计模型。以汽车车身地板二维三工位装配为例,建立其公差可行稳健设计模型并对该模型进行计算与分析,结果表明在装配成本增幅较小的情况下,采用稳健约束后可显著提高公差设计的可行稳健性。该方法为二维多工位装配夹具系统公差稳健设计提供了一种新途径。     

多工位装配过程夹具系统公差和维护综合优化设计

提出一种面向二维多工位装配过程、综合考虑装配夹具系统全寿命周期成本、产品零件孔制造成本和产品质量损失成本的公差和维护综合优化方法。分析多工位装配尺寸偏差传递关系,建立多工位装配过程产品质量损失模型。然后根据4-2-1夹具定位原则,构建考虑夹具磨损过程损失的夹具定位销副偏差统计数字特征模型。继而发展了以夹具系统全寿命周期成本、零件孔制造成本和和产品质量损失成本为装配总成本最小化的定位销公差、零件孔公差与更换周期优化模型。以汽车侧围装配过程为例,分别研究定位销公差、零件孔公差、定位销更换周期、配合间隙、平均磨损率和磨损率方差对装配总成本的影响,并优化设计定位销公差、零件孔公差和定位销更换周期。所提出的综合优化设计方法比采用定位销等公差设计、零件孔等公差设计、定位销与零件孔等公差设计和定周期更换设计的装配总成本分别减少了16.25%、11.31%、39.93%和13.54%。该方法为产品装配夹具系统高质量低成本设计提供了一种新的途径。     

面向精度提升与工艺改进的容差分配多目标模型融合方法

在现代机械产品装配容差优化过程中,多以简单加权求和的方式构建多目标容差优化模型,求解效果较差且与装配现场的适用性不强。鉴于此,以装配精度提升与工艺改进为目标导向,首先,考虑配合误差引起的零件上不同关键特征间的位姿变动,构建装配误差传递累积模型与协调尺寸链,精准预测装配误差与多装配体间的协调误差;其次,结合各制造环节误差数据与装配精度累积数据,分别建立加工成本、质量损失、修配成本3个单目标优化模型,并以此提出可避免容差数据优化失衡与优化方向偏离的多目标模型权重参数分配方法,构建多目标容差优化分配模型;最后,采用加速粒子群算法求解得到面向工艺性能提升的各组成环误差数值。以某型航天器分段式机翼对接装配优化为例,在改进产品定位装夹方式之前,机翼对接外形阶差与修配成本分别降低94.68%与83.49%;在使用外形卡板定位后,通过优化使上述两项装配指标分别降低11.21%与8.50%,有效地保障了产品型面装配精度与对接协调质量。     

考虑质量、成本与资源利用率的再制造机床优化选配方法

针对再制造机床装配过程中存在的装配精度低,再制造资源利用率低以及生产成本高等问题,提出一种新的再制造机床综合优化选配方法,综合考虑装配精度、再制造资源利用率与成本,采用田口质量损失函数与剩余件成本函数,以封闭环尺寸链为约束条件,在保证装配精度及最小成本的目标下,建立综合选配模型,并给出基于粒子群遗传算法的模型求解过程,求解出再制造装配过程的最优选配方案,减少了再制造装配过程中的不确定因素,降低因选配方案不合理而带来的资源浪费,保证了装配产品的质量。最后,以废旧CAK6150机床主轴箱为例,对其主轴装配过程进行优化选配,最终验证了该方法不仅解决了再制造零件选配过程中精度低的问题,而且大大提高了选配过程的再制造资源利用率,降低企业成本。     

基于赋值型误差传递网络的多工序加工质量预测

加工质量实时预测是工件多工序加工质量控制的关键。航空制造领域关键零部件的异形空间大尺寸、材料难加工与小批量加工等特性,导致加工样本数据不足与加工误差监测困难。针对上述问题,提出一种基于赋值型误差传递网络的多工序加工质量预测建模方法。通过将质量特征引入多工序误差传递网络来描述加工过程中节点间的影响关系,形成赋值型的误差传递网络。并以关键质量特征节点为基础,采用基于粒子群算法优化的支持矢量回归机方法,构建单工序质量预测模型。在此基础上,基于赋值型误差传递网络的拓扑结构,合并单工序加工质量预测模型,以构建多工序加工质量预测模型。最后,开发了一个面向多工序加工质量预测的软件平台并以起落架零件的加工为例验证上述模型,结果表明该方法能够有效地预测加工误差,并从多工序的角度为异形零件的加工过程控制提供依据。     

某机匣盖类零件专用夹具设计

以某类航空发动机机匣盖为研究对象,首先建立其简易模型,然后针对该零件加工的某道关键工序,探讨传统夹具不足之处,分析了零件较为合理的定位、支靠、夹紧方式,最后设计了一种不同于传统装夹方式的倒扣夹具。经投制使用,零件质量得到了提高。     

一种考虑零件变形的装配误差计算方法

针对零件变形导致的装配误差问题,提出一种装配变形误差计算方法。将零件特征面利用离散点表示,通过分析加工引起的离散点偏差和变形引起的离散点误差建立零件变形与误差的关系,进一步研究零件变形对装配误差的影响。构建装配信息模型来表示零件变形误差传递与所需的信息关系,综合考虑零件加工误差和零件变形两方面误差因素,建立装配误差传递和计算模型,实现考虑零件变形的装配误差计算。以某产品为例,对该装配误差计算方法进行了验证。     

柔性制造系统机床选择建模研究

针对柔性制造系统(FlexlbleManufacturing System，FMS)机床选择模型构建及求解中存在的问题，以零件加工的时间目标作为模型的优化目标，以机床的购买成本作为约束，提出了FMS机床选择模型，结合遗传算法(GeneticAlgofitrm，GA)快速高效的搜索特性，对机床选择问题进行求解，并通过与现有的模型及其算法的求解结果进行比较分析，验证了本文提出的FMS机床选择模型及其遗传求解算法求解FMS机床选择问题的合理性和优越性。     

基于GRNN网络的CO2气体保护焊工艺碳排放建模与参数优化

以CO2气体保护焊为研究对象,通过对其碳排放特性进行分析,综合考虑物料、能源及工艺三个碳排放源,建立了焊接工艺碳排放特性函数;以质量和成本为约束,利用广义回归神经网络拟合各输入参数与质量、成本和碳排放的关系,建立了碳排放综合评价优化模型,并采用遗传算法进行求解。将该模型应用于装载机燃油箱焊接工艺参数的选择,应用结果表明,该模型能在保证油箱焊接质量和成本的前提下降低工艺过程碳排放。     

基于尺度效应的介观尺度零件多工位制造误差建模与分析

针对介观尺度零件制造过程中的加工精度控制问题,提出包括尺寸误差传递模型、多元统计过程控制和误差源诊断的加工精度控制体系,为精密微小零件多工序数字化制造提供了技术基础。通过研究介观尺度零件的特点及其在切削加工中的特性,提出基于微细切削尺度效应的工件变形和刀具变形引起的加工误差模型,构建了介观尺度零件尺寸误差传递的状态空间模型;在此基础上提出集成尺寸误差模型和多元统计过程控制的质量监控策略以及基于协方差分析的误差源诊断方法,实现了对介观尺度零件加工误差的诊断与加工精度的控制。以不锈钢工件微细槽铣削加工为例,验证了模型的有效性和可行性。     

基于NSGA-Ⅱ算法的车身薄板零件公差优化

在汽车制造工业产品开发过程中,需要同时考虑质量与成本之间的矛盾。盲目提高质量要求,将使产品制造成本增加;随意降低成本,则有可能影响质量,导致客户投诉和返修率上升。首先建立概念设计阶段的装配偏差分析模型,用来分析车身装配质量;并选取指数函数作为公差成本函数,以此为基础建立多目标优化模型,然后采用NSGA-II算法优化各个零件的公差。最后利用车身侧围框架案例阐述零件公差分配过程,获得了多目标函数的Pareto解集,取得了较好的优化效果。     

基于TOPSIS和MOEA/D的装夹布局方案规划方法

作为整个夹具设计中最为复杂和抽象的环节，装夹布局方案的规划直接影响着工件的加工质量、生产效率和制造成本。为此，在前期关于基于层次分析法与定位确定性的工件定位方案规划算法的研究基础上，进一步建立了一种基于逼近理想解排序法(TOPSIS)和基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)的夹紧方案设计方法。首先，通过建立选择夹紧表面的层次结构模型，提出了计算候选夹紧表面贴近度的TOPSIS方法。其次，考虑到工件稳定性和装夹变形的双重因素，建立了同时满足夹紧阶段和加工阶段的装夹布局多目标优化模型，在利用切比雪夫方法对多目标函数进行正对性分解的基础上，构建了夹紧方案多目标优化模型的MOEA/D求解方法。最后，利用建立的方法设计出非规则零件钻孔用的装夹布局方案，并与现有夹具结构方案进行对比和分析，结果表明设计方案与现有方案完全吻合。基于TOPSIS和MOEA/D的夹紧方案规划算法易于编程实现，既能为任意工件合理地规划出夹紧方案，也能为计算机辅助夹具设计系统的开发提供理论支持。     

面向装配系统可靠性分析的车身夹具系统优化设计

为描述多工位车身装配系统的渐进衰退特性,建立了面向车身产品尺寸质量和夹具系统要素的装配系统可靠性模型。结合夹具设计稳定性参数约束,提出了面向白车身装配系统可靠性的车身多工位焊装过程的夹具布局优化方法;在给定夹具布局下构建了定位销制造成本函数,提出多工位夹具定位销磨损率的优化模型并对其进行优化分配。将上述方法应用于侧围装配案例,分析发现优化后装配系统可靠性衰退过程得到较大改善,并有效提升了夹具系统的使用寿命。     

基于JSS矩阵的装配误差传递路径求解方法

采用小位移旋量描述结合面误差,分析常见装配结合面的误差传递属性。定义包含工程语义的结合面符号用以描述结合面类型和配合关系。结合多色集合理论,建立可描述装配关系、结合面类型和误差传递属性的结合面及误差关系围道矩 阵-结合面符号(Joint surface symbols,JSS)矩阵。提出基于JSS矩阵的装配误差传递路径搜索方法,建立结合面实际误差传递属性矩阵,讨论获取各误差分量传递路径的方法。针对并联误差传递路径的不确定性问题,提出以精度最高作为判别有效误差传递路径的依据,基于雅可比旋量理论建立误差模型,获取与装配体精度要求相关的误差分量的有效误差传递路径。以一个典型装配体的误差传递路径求解为例,验证了论文研究方法的可行性与实用性。     

高温合金薄壁盘复杂零件加工变形控制方法

薄壁盘由于材料刚性较差等原因难以确保零件加工精度，容易引起变形，对此，提出了高温合金薄壁盘复杂零件加工变形控制方法。分析零件加工过程中产生的变形因素，包括夹装方式、刀具性能参数、工件自身因素、机床定位精度不够以及温度控制不佳等；确立所有工序历史误差源集合，生成误差传递矩阵，构建变形误差源诊断模型；针对不同误差源，提出针对性控制方法，通过最小二乘多项式拟合算法计算让刀误差，并对其补偿；通过有限元分析法建立工件几何模型，设立刚度控制函数，弥补工件自身缺陷；针对机床定位精度和温度分别设计控制函数，实现零件加工变形的综合控制。实验结果表明，所提方法明显减少了零件加工变形现象，保证了切削力平稳，提高了零件质量。     

面向装配精度的航空发动机转子零件选配优化

针对航空发动机转子零件选配问题,考虑装配要求和零件实物的差异性,提出一种面向止口—螺栓连接结构的转子零件选配优化方法,基于每个转子零件连接面的实测尺寸误差和形位误差数据,建立了单个转子零件误差模型;根据结合面之间的装配关系,建立了多级转子组件装配误差传递模型,提出综合考虑装配体同轴度和垂直度的零件选配优化模型,采用NSGA-Ⅱ对零件配套组合和各级转子零件的周向安装角度进行优化.验证实例表明,所提优化选配方法使装配体的同轴度和垂直度偏差显著低于随机选配.优化的结果可指导零件配套和装配操作,提高转子组件的一次装配成功率和装配质量一致性,减少"试错"成本.