一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法
【专利摘要】一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，涉及一种重型机床装配方法。本发明为了解决现有装配方法无法实现对机床装配精度迁移的有效控制的问题。采用装配过程中每道工序的装配方法对装配精度影响特性，提出装配精度迁移表征方法；建立机床变形场与装配精度指标之间的映射关系；构建机床装配精度指标矩阵、变形场特征变量矩阵及其关联转换矩阵，提出机床装配精度迁移预报方法；采用机床装配变形场重新分布响应曲面法，构建机床装配精度迁移控制变量矩阵及其响应转换矩阵；构建装配精度迁移的影响因素层次结构；提出机床装配精度迁移类型的识别方法，提出装配精度迁移的调控方法；提出机床装配工艺设计方法。本发明用于重型机床装配。
【专利说明】一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抑制重型机床装配精度负向迁移的方法，具体涉及采用重型机床装配精度迁移表征方法，重型机床装配精度迁移的预报方法，重型机床装配精度迁移识别方法，重型机床装配精度迁移的调控方法及装配工艺设计方法，装配出用于加工大型核电零部件的重型车铣加工机床；属于重型机床装配【技术领域】。
【背景技术】
[0002]重型机床具有吨位大、结构复杂、装配载荷大、运输困难等特点，初次装配精度检测合格后，需要拆卸成几大类部件，运输到生产现场进行重新装配。重型机床初次装配和重复装配时，受结合面误差及其分布、装配预紧力、结合面间接触状态变化的影响，机床变形场重新分布，从而使得重型机床零部件间相互配合精度、零部件间相互位置精度和单个零部件形位精度发生转变，引起重型机床重复装配精度迁移。当机床重复装配精度迁移量超出预定的装配精度阀值时，其重复装配精度的下降，导致机床装配精度可重复性的破坏，直接引起机床装配精度可靠性下降，对机床服役性能产生重要影响。因此，重型机床重复装配精度迁移成为其多次装配中亟待解决的关键问题。
[0003]机床装配精度迁移分为初次装配精度迁移和重复装配精度迁移，初始装配精度迁移是指机床在初始装配过程中，其装配精度偏离设计装配精度要求的物理过程；重复装配精度迁移是指机床在重复装配过程中，其装配精度偏离初次装配最终形成的精度，导致装配精度可重复性下降或提升的物理过程。机床重复装配精度迁移实质是机床在装配、运行过程中变形场重新分布，所引起的装配精度的改变。机床零部件每次装配过程中存在回路，导致一次装配中每次装配后，所形成的装配精度也存在迁移现象，而机床每次装配最终形成精度的变化即为重复装配精度迁移。
[0004]目前，现有装配工艺方法存在以下问题，机床部件每次装配过程中的每道工序导致装配回路的产生，现有装配方法无法准确定位修配对象，采用试凑方法进行修配，会导致装配回路过多，使装配精度存在多次迁移；机床结合面刮研修配，是无法避免的，原因是使装配后部件误差累积达标，必须保证单个部件极高的加工精度，这是难以实现的，只能通过部件的刮研修配手段抵消一定的误差累积；没有考虑重型机床重复装配过程中变形场与装配精度之间的映射关系，机床装配引起的变形场重新分布及其对装配精度影响机制存在模糊性和不确定性，无法实现对机床装配精度迁移的有效控制。在机床初次装配过程中出现装配精度迁移超差后，采用试凑刮研、修研、合研等方法，以使初次装配精度迁移得到初步控制，但是在初次和重复装配中采用相同的装配工艺方法，重复装配误差无法实现在允差范围内的精确控制；现场检验机床结合面间隙，通常采用塞尺检验法，但是，这种检验仅能验证装配误差在允差范围之内，识别不出机床初始装配误差的具体分布状态，导致机床重复装配变形场具有不确定性，不能完全解决装配精度迁移问题，机床装配精度可重复性无法得到保障。因此，实现重型机床装配精度迁移的有效控制成为重型机床制造领域的迫切需要。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决已有重型机床装配方法没有考虑重型机床重复装配过程中变形场与装配精度之间的映射关系，和现有机床装配引起的变形场重新分布及其对装配精度影响机制存在模糊性和不确定性，无法实现对机床装配精度迁移的有效控制的问题，提供一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配设计方法。
[0006]本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是:
[0007]本发明所述一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，具体步骤为:
[0008]步骤一:针对现有解决机床装配精度超差方法的不足，揭示机床装配精度迁移的形成过程，进而探明重型机床重复装配精度迁移的形成过程及其类型，提出重型机床装配精度迁移的表征方法，获取机床每道工序中装配精度正向迁移、负向迁移及其相互转变所形成的不同类型；
[0009]步骤二:提出机床装配精度迁移预报方法:结合现场重型车铣床零部件加工与装配工艺条件，揭示机床重复装配后的变形场重新分布特性，采用极坐标转换法及变形场极值法，建立机床变形场与装配精度指标之间的映射关系；构建装配精度指标矩阵、变形场特征变量矩阵及其关联转换矩阵，获取机床装配精度指标与变形场特征变量相对关联度，求解出影响装配精度指标的关键变形场特征变量，探明机床装配精度指标与变形场特征变量之间的关系；采用机床重复装配变形场重新分布响应曲面法，提取机床变形场重新分布的关键影响因素，构建机床装配精度迁移控制变量矩阵及其响应转换矩阵，获得变形场特征变量与控制变量间的映射关系，揭示出装配精度与控制变量之间的联系，建立重型机床装配精度迁移模型；求解机床变形场重新分布的影响因素权重值，构建变形场重新分布影响因素的层次结构；
[0010]步骤三:利用机床每道工序中装配精度迁移指标对结合面几何偏差及装配载荷的敏感性，构建初次装配精度及重复装配精度影响因素权重判断矩阵，解算重复装配精度影响因素权重关系，揭示装配精度迁移的形成机制，通过装配精度指标矩阵、变形场特征变量矩阵及关联转换矩阵，提出重型机床装配精度迁移类型的识别方法，实现对装配精度迁移的关键影响因素及形成机制的识别；
[0011]步骤四:针对机床装配精度迁移的转变类型，通过构建机床装配精度指标正向迁移矩阵、机床装配精度指标负向迁移矩阵，获得其相互转变矩阵，揭示装配精度迁移类型的转变机制；提出重型机床装配精度迁移的调控方法；
[0012]步骤五:根据重型机床装配精度迁移对装配过程关键影响因素的响应特性，明确设计变量，提出装配工艺方法的设计方法，形成重型机床重复装配工艺，提出改善机床结合面误差分布状态、控制装配预紧力等用以简化装配工序的具体装配方法。
[0013]优选的:步骤一中，重型机床装配精度迁移的表征方法的具体步骤为:设定Tltl为机床部件刮研修配工序前的初始装配精度，Txl为机床结合面合研修复后或每道工序后的最终装配精度，当X取1，2，…，n时，Txl反映出机床结合面每次合研修复后或每道工序后形成最终装配精度的分布特性，Ttll为设计装配精度。Tltl的形成受到装配设计装配精度Ttll与初次装配方法影响J11的形成由Tltl与刮研修配方法决定；Τ21到Tnl的形成受到机床其他部件装配的工序影响。[0014]机床零部件每次装配形成的最终精度的变化导致重复装配精度迁移，其中，重复装配精度迁移呈现两种典型特性，有使机床装配精度随装配次数逐步上升的过程，为机床重复装配精度正向迁移；有使机床装配精度随装配次数逐步降低的过程，为机床重复装配精度负向迁移；Tn、T' ml、τ"η1分别代表初次装配最终形成的精度、二次装配最终形成的精度及η次装配最终形成的精度。其中，机床装配精度迁移形成过程有三部分组成，机床部件刮研修配工序前的初始装配精度的形成过程、初次装配最终形成的精度的形成过程以及η次装配最终形成的精度的形成过程；机床装配精度迁移转变过程有四部分组成，机床某一部件刮研修复前后的装配精度转变(正向、负向迁移类型的转变)、机床其他部件装配工序对某一部件装配精度的转变(主动、被动性质的转变)、每道工序后形成最终装配精度正向、负向迁移的转变(类型的转变)以及η次装配最终形成的精度的转变(正向、负向迁移类型的转变)；建立机床装配精度迁移的表征方法；
[0015]得到机床每次装配中每道工序引起的结合面形位精度正向迁移、负向迁移及其相互转变形成的六种不同类型，在机床一次装配中，A为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移(超差)-Λ'为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移(未超差);Β为机床部件合研后结合面装配精度的正向迁移；C为机床部件刮研修配后装配精度的正向迁移转变；D为机床每道工序后该部件结合面装配精度负向迁移；E为机床每道工序后该部件结合面装配精度正向迁移。其中，机床部件发生A'与B类的装配精度迁移时，部件无C类装配精度转变。
[0016]优选的:步骤二中，重型机床装配精度迁移预报方法的建立具体步骤为:
[0017]采用极值坐标转换法，建立变形场与重复装配精度指标之间关系，用三个在机床变形曲线上极大值点M及极小值点L、R的坐标值，按照下式计算出YZ向、XZ向、XY向的装配误差值fYZ、fxz、fXY:
【权利要求】
1.一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于，具体步骤为: 步骤一:针对现有解决机床装配精度超差方法的不足，揭示机床装配精度迁移的形成过程，进而探明重型机床重复装配精度迁移的形成过程及其类型，提出重型机床装配精度迁移的表征方法，获取机床每道工序中装配精度正向迁移、负向迁移及其相互转变所形成的不同类型； 步骤二:提出机床装配精度迁移预报方法:结合现场重型车铣床零部件加工与装配工艺条件，揭示机床重复装配后的变形场重新分布特性，采用极坐标转换法及变形场极值法，建立机床变形场与装配精度指标之间的映射关系；构建装配精度指标矩阵、变形场特征变量矩阵及其关联转换矩阵，获取机床装配精度指标与变形场特征变量相对关联度，求解出影响装配精度指标的关键变形场特征变量，探明机床装配精度指标与变形场特征变量之间的关系；采用机床重复装配变形场重新分布响应曲面法，提取机床变形场重新分布的关键影响因素，构建机床装配精度迁移控制变量矩阵及其响应转换矩阵，获得变形场特征变量与控制变量间的映射关系，揭示出装配精度与控制变量之间的联系，建立重型机床装配精度迁移模型；求解机床变形场重新分布的影响因素权重值，构建变形场重新分布影响因素的层次结构； 步骤三:利用机床每道工序中装配精度迁移指标对结合面几何偏差及装配载荷的敏感性，构建初次装配精度及重复装配精度影响因素权重判断矩阵，解算重复装配精度影响因素权重关系，揭示装配精度迁移的形成机制，通过装配精度指标矩阵、变形场特征变量矩阵及关联转换矩阵，提出重型机床装配精度迁移类型的识别方法，实现对装配精度迁移的关键影响因素及形成机制的识别； 步骤四:针对机床装配精 度迁移的转变类型，通过构建机床装配精度指标正向迁移矩阵、机床装配精度指标负向迁移矩阵，获得其相互转变矩阵，揭示装配精度迁移类型的转变机制；提出重型机床装配精度迁移的调控方法； 步骤五:根据重型机床装配精度迁移对装配过程关键影响因素的响应特性，明确设计变量，提出装配工艺方法的设计方法，形成重型机床重复装配工艺，提出改善机床结合面误差分布状态、控制装配预紧力等用以简化装配工序的具体装配方法。
2.根据权利要求1所述的一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于:步骤一中，重型机床装配精度迁移的表征方法的具体步骤为:设定Tltl为机床部件刮研修配工序前的初始装配精度，Txl为机床结合面合研修复后或每道工序后的最终装配精度，当X取1，2，…，η时，Txl反映出机床结合面每次合研修复后或每道工序后形成最终装配精度的分布特性，T01为设计装配精度；Τ1(Ι的形成受到装配设计装配精度Ttll与初次装配方法影响J11的形成由Tltl与刮研修配方法决定；Τ21到Tnl的形成受到机床其他部件装配的工序影响； 机床零部件每次装配形成的最终精度的变化导致重复装配精度迁移，其中，重复装配精度迁移呈现两种典型特性，有使机床装配精度随装配次数逐步上升的过程，为机床重复装配精度正向迁移；有使机床装配精度随装配次数逐步降低的过程，为机床重复装配精度负向迁移；Tn、T' ml、T"nl分别代表初次装配最终形成的精度、二次装配最终形成的精度及η次装配最终形成的精度；其中，机床装配精度迁移形成过程有三部分组成，机床部件刮研修配工序前的初始装配精度的形成过程、初次装配最终形成的精度的形成过程以及η次装配最终形成的精度的形成过程；机床装配精度迁移转变过程有四部分组成，机床某一部件刮研修复前后的装配精度转变、机床其他部件装配工序对某一部件装配精度的转变、每道工序后形成最终装配精度正向、负向迁移的转变以及η次装配最终形成的精度的转变；建立机床装配精度迁移的表征方法； 得到机床每次装配中每道工序引起的结合面形位精度正向迁移、负向迁移及其相互转变形成的六种不同类型，在机床一次装配中，A为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移；Α'为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移；Β为机床部件合研后结合面装配精度的正向迁移；C为机床部件刮研修配后装配精度的正向迁移转变；D为机床每道工序后该部件结合面装配精度负向迁移；E为机床每道工序后该部件结合面装配精度正向迁移；其中，机床部件发生A'与B类的装配精度迁移时，部件无C类装配精度转变。
3.根据权利要求2所述的一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于:步骤二中，重型机床装配精度迁移预报方法建立的具体步骤为: 采用极值坐标转换法，建立变形场与重复装配精度指标之间关系，用三个在机床变形曲线上极大值点M及极小值点L、R的坐标值，按照下式计算出YZ向、XZ向、XY向的装配误差值 fYZ、fxz> fXY:
4.根据权利要求3所述的一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于:步骤二中，建立机床装配精度迁移影响因素权重模型的具体步骤为: 根据层次分析方法建立机床装配精度迁移影响因素权重模型，将指标按层次分解成四个部分，变形场重新分布/每次装配最终形成的变形场为目标层O，每次装配重复装配前初始变形场及每次装配重复装配后最终变形场为首要准则层C1，初始装配方法的影响及重复装配方法的影响为次要准则层C2，变形场各类底层影响因素为方案层P，构造四类判断矩阵Am，并通过求解最大特征值、平均特征值和权重向量来进行一致性检验，如下式所示；
5.根据权利要求4所述的一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于:步骤三中，利用装配过程每道工序中精度指标对结合面几何偏差及装配载荷的敏感性，揭示装配精度迁移的形成机制具体步骤为: 机床装配精度迁移的识别方法由装配精度迁移影响因素的识别方法、装配精度迁移形成机制的识别方法及装配精度迁移类型的识别方法组成；其中，装配精度迁移的形成机制由机床部件刮研修配工序前的初始装配精度的形成机制、初次装配最终形成的精度的形成机制以及η次装配最终形成的精度的形成机制组成；初次装配最终形成的精度的形成机制受机床部件刮研修配工序前的初始装配精度的形成机制影响，η次装配最终形成的精度的形成机制受初次装配最终形成的精度的形成机制及η次装配最终形成的精度的形成机制影响，能够识别重型机床装配精度迁移的关键影响因素； 构建机床初次装配方法的判断矩阵变量目标值，揭示初次装配变形场影响因素之间内在关系，如下式所示:
6.根据权利要求5所述的一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于:步骤四中，构建转变矩阵，揭示装配精度迁移类型的转变机制的具体步骤: 建立机床装配精度正向迁移与负向迁移转变矩阵，揭示装配精度迁移的转变特性，机床重复装配精度正向迁移与负向迁移转变矩阵有三部分组成，一是装配精度指标正向迁移矩阵，二是装配精度指标负向迁移矩阵，三是转变矩阵，其形式如下式所示:
7.根据权利要求6所述的一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于:步骤四中，装配精度迁移的调控方法的具体步骤: 根据机床零部件加工、装配及调试工艺，对机床装配每道工序进行变形场及影响因素特征识别，预测机床部件合研后结合面装配精度、机床部件刮研修配后装配精度、机床每道工序后该部件结合面装配精度，对装配精度类型进行识别，通过对初次装配预紧力、重复装配预紧力、控制重复装配结合面塑性变形面积、初次装配结合面塑性变形面积、重复装配结合面误差曲率、重复装配结合面接触面积等关键影响因素进行控制，以使主动控制的装配精度向正向转变或延缓负向迁移速率；识别判据全部判别成功，说明机床装配精度迁移得到有效控制，能够达到机床装配精度可靠性要求。
8.根据权利要求7所述的一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法，其特征在于:步骤五中，根据重型机床装配精度迁移对装配过程的关键影响因素响应特性，提出装配工艺方法设计方法的具体步骤: 根据重型机床装配精度迁移对关键影响因素的响应特性，建立重型机床装配工艺设计方法，主要设计变量有重复装配预紧力、重复装配结合表面塑形变形面积、重复装配结合面接触面积、重复装配结合面误差分布、零部件形位精度、重复装配结合面摩擦损伤面积、初次装配预紧力和切削载荷，并对机床未刮研修复的装配精度负向迁移进行判别，通过优化设计变量，以使机床装配工艺方法满足装配精度可靠性设计要求。
【文档编号】G06F17/50GK103793560SQ201410023577
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】姜彬, 孙守政 申请人:哈尔滨理工大学