复杂机械零部件装配精度预测及控制

宋建蒙

【摘 要】复杂机械产品具有结构复杂、零部件种类和数量多等特点，因此，复杂机械产品的装配过程也十分复杂，对复杂机械零部件装配精度进行预测，并对装配精度进行控制，具有重要的应用价值。为此，本文提出一种基于卡尔曼滤波法的复杂机械零部件装配精度预测，详细阐述了卡尔曼滤波法如何对复杂机械零部件装配精度进行预测，并给出了有针对性的装配精度控制方法。为复杂机械零部件的装配提供了有效指导。

【关键词】机械零部件；装配；精度预测

中图分类号： TH122 文献标识码： A 文章编号： 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

随着我国制造业水平的不断提升，机械零部件装配的精度也已经显著提高[1]，然而，我国的机械零部件装配水平与西方发达国家之间仍然存在不小的差距，尤其是复杂机械零部件装配方面[2]。复杂机械产品由于结构复杂，零部件的种类和数量较多，因此，复杂机械零部件的装配过程也非常复杂，在装配的过程中容易受到多种因素的干扰，从而降低了装配的精度。因此，如何提高复杂机械零部件装配精度，已经成为当前制造业领域中的一个研究热点，受到了人们的广泛关注[3]。

在进行复杂机械零部件装配的过程中，影响装配精度的因素主要包括：零部件材料性质的变化、零部件几何误差、零部件之间的相对位置公差的变化、零部件装配尺寸链的变化等。其中，几何误差是影响复杂机械零部件装配精度的最重要的因素。因此，在实际的复杂机械零部件装配的过程中，经常会出现这种现象：在所有零部件的加工精度都满足设计要求的情况下，装配后的精度和机械的性能仍然难以达到设计要求，从而降低了复杂机械的装配质量。针对这种情况，从研究机械零部件的几何尺寸误差出现的规律入手，对复杂机械零部件装配精度的进行预测，从而实现对复杂机械零部件装配精度的准确控制。

1 复杂机械零部件装配精度的预测

1.1 建立复杂机械零部件装配误差模型

在复杂机械零部件装配的过程中，零部件是复杂机械的基本组成单元，因此，可用零部件来描述复杂机械装配过程中的产生误差的规律，用零部件的特征来描述零部件之间的相对位置和方位等关系。

1.2 装配精度的预测

由于受到复杂机械自身结构和测量方法的限制，很多零部件的几何特征误差都不能直接获得，因此，难以对复杂机械零部件的装配精度进行准确预测，这时就需要利用其它方法对零部件的相关特征进行测量，并根据测量数据来确定装配精度。可通过卡尔曼滤波法对复杂机械零部件装配过程中的误差状态进行估计。

2 复杂机械零部件装配精度的影响因素及控制

2.1 提高机械零部件的加工精度

在复杂机械零部件装配的過程中，通过对当前装配工序中的测量值与上一个装配工序中的估计值进行比较，对当前的装配误差状态进行预测和修正。从公式（4）可知，P（k+1/k+1）只与Rk和Qk有关，而与测量值无关，因此，为了提高装配误差的预测精度，可通过降低零部件的几何误差来实现。在实际的机械零部件装配中，可提高零部件的加工精度，或者选用精度更高的测量用具。由上述机械零部件装配精度的误差状态预测方法可知，系统的输入误差可采用零部件的加工误差，将当前装配工序的误差测量结果作为观测值，通过卡尔曼滤波法的递推方程，能够给出当前工序中装配误差的最优预测值，并计算出对应的协方差矩阵，从而实现对复杂机械零部件装配过程中的装配角度的误差预测，为提高装配精度提供了可靠依据。

2.2 调整零部件的装配工序

在实际的机械装配过程中，有些零部件的装配工序可以进行调整。比如，有些零部件需要借助夹具进行定位，即使对于同一零部件来说，选用夹具的不同，装配误差也不同。不同的装配工序往往采用不同的定位方式，因此，装配工序的不同，往往采用的零部件的定位方式也不同，得到的装配精度也不同，可通过调整零部件的装配工序的方式来调整装配精度。

2.3 调整零部件的装配位置

由于机械零部件的几何形状都存在着一定的误差，并且误差分布也是不均匀的，因此，在实际的装配过程中，可调整零部件装配位置的方式，使两个待装配零部件的误差得到相互补偿，从而提高了装配精度。比如，在回转类零部件中，几何形状误差在其圆周上的分布情况也不尽相同，因此，当装配回转类零部件时，可对回转类零部件的旋转角度进行调整，从而改变两个零部件的接触状态，获得不同的装配精度，实现对装配精度的有效控制。

3 结束语

本文提出了一种复杂机械零部件装配精度的预测方法，并详细阐述了复杂机械零部件装配精度的影响因素及控制方法。由于复杂机械产品有着复杂的机构、种类和数量较多的零部件，复杂机械零部件的装配过程也极其复杂，而械零部件的装配环节是复杂机械系统制造过程中的关键环节，对于提高复杂机械产品的质量和稳定性方面起着举足轻重的作用，甚至会影响复杂机械产品的研发与制造，因此，本文研究的课题具有实际应用价值。

【参考文献】

[1]蔡尚文，汪惠芬，刘庭煜.基于误差传递模型的机床进给系统装配精度预测与调整方法[J].机械制造与自动化，2016（6）：6-10.

[2]孙云艳，刘英，冉琰，等.面向数控机床装配精度预测的元动作误差建模技术[J].机械科学与技术，2017，36（11）：1734-1739.

[3]胡小秋，秦立雨，赵磊，等.基于特征偏差分布的装配精度快速预测模型[J].机械设计与制造，2016（10）：60-62.