張睿 韓志斌 劉煜

摘 要：對(duì)于飛機(jī)的裝配是需要有合理的誤差，而對(duì)于飛機(jī)整體質(zhì)量，合理的裝配容差是可以提高飛機(jī)的整體性能和研發(fā)成本，同時(shí)還能提高飛機(jī)的裝配效率，對(duì)于飛機(jī)裝配工藝中，怎樣去容差設(shè)計(jì)，選擇合理的裝配方法，可以通過容差建模的方法，通過裝配尺寸鏈，進(jìn)行容差分析，從多個(gè)方面、多個(gè)角度進(jìn)行分析，對(duì)于容差建模方法也是有很多種，像尺寸容差、行位容差和配合容差，通過對(duì)分機(jī)裝配誤差的設(shè)計(jì)和控制，將整體性能提升。

關(guān)鍵詞：容差設(shè)計(jì)；容差建模；容差分析

1 前言

在飛機(jī)裝配中，容差設(shè)計(jì)是非常重要的，它可以影響很多，飛機(jī)裝配容差設(shè)計(jì)需要先理解公差、容差、裝配容差的區(qū)別，公差是指設(shè)計(jì)中允許的形狀好尺寸的范圍，容差是指幾何形狀和尺寸變動(dòng)的基準(zhǔn)，裝配容差是轉(zhuǎn)配中限定的變量。

2 飛機(jī)裝備容差設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及其中問題

容差設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造不可缺少的重要組成部分，是保證飛機(jī)設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一，而降低成本是獲取經(jīng)濟(jì)效益的必要手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量是贏得用戶的根本。因此，有必要對(duì)容差設(shè)計(jì)進(jìn)行全面深入研究，并在此基礎(chǔ)上研究如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，降低產(chǎn)品制造成本，這就需要對(duì)產(chǎn)品容差進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這方面的研究也正是目前國(guó)內(nèi)外飛機(jī)制造系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。飛機(jī)制造技術(shù)難度大，工程艱巨，協(xié)作面廣，需要投入巨額資金的綜合性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，航空企業(yè)是國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的大型企業(yè)，設(shè)計(jì)部門在引進(jìn)大量軟件的基礎(chǔ)上采用CAD技術(shù)收到較好的效果，由于CAD/CAM在飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，提高了飛機(jī)制造水平。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)裝配容差分析與設(shè)計(jì)已經(jīng)成為飛機(jī)制造業(yè)發(fā)展的重要手段，利用計(jì)算機(jī)輔助容差設(shè)計(jì)，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)精確計(jì)算和校核工作，極大地提高了設(shè)計(jì)技術(shù)人員地工作效率，從而加快了新產(chǎn)品地投產(chǎn)，為航空設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。然而，由于容差設(shè)計(jì)涉及機(jī)械工程、幾何學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科的內(nèi)容，具有復(fù)雜性大和研究?jī)?nèi)容跨學(xué)科的特點(diǎn)，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)輔助容差設(shè)計(jì)（ComputerAidedTolerancing，CAT）的研究進(jìn)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）以及計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）的進(jìn)展。在CAD/CAM技術(shù)高速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)輔助容差設(shè)計(jì)仍無法與CAD/CAM集成，這已成為制約CAD/CAM技術(shù)深入發(fā)展的瓶頸，是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。飛機(jī)的裝配容差影響著飛機(jī)裝配準(zhǔn)確度，裝配準(zhǔn)確度是飛機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。若飛機(jī)裝配容差設(shè)計(jì)不合理，一方面難以滿足裝配準(zhǔn)確度的要求；另一方面將導(dǎo)致返工或修改，引起一次裝配成功率降低，進(jìn)而浪費(fèi)人力、時(shí)間等。更進(jìn)一步的說，也影響到飛機(jī)的安全使用與使用壽命等。因此研究面向飛機(jī)裝配的裝配容差優(yōu)化設(shè)計(jì)己成為提高產(chǎn)品裝配準(zhǔn)確度和一次裝配成功率而需迫切解決的瓶頸問題。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代化機(jī)械工業(yè)要求機(jī)械零件具有互換性，特別是飛機(jī)制造業(yè)，更需要零件具有互換性，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高效、專業(yè)化。互換性不僅能促進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展，而且有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量?，F(xiàn)代機(jī)械制造中，無論是大批量生產(chǎn)還是單件生產(chǎn)，都應(yīng)該遵循互換性原則。而零部件在幾何參數(shù)方面的互換性體現(xiàn)在容差制上。容差由標(biāo)準(zhǔn)容差和基本偏差組成，基本偏差用來確定容差帶相對(duì)于零線位置的上偏差和下偏差，是國(guó)際上容差帶位置標(biāo)準(zhǔn)化的唯一指標(biāo)，由基本偏差代號(hào)來確定。設(shè)計(jì)容差時(shí)往往需要查找手冊(cè)，效率不高，耗時(shí)費(fèi)力。本文通過MATLAB和Access建立的數(shù)據(jù)庫把國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)容差、形位容差和飛機(jī)工藝容差分配手冊(cè)中的叉耳配合協(xié)調(diào)誤差相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)容差與叉耳配合協(xié)調(diào)誤差的自動(dòng)查找。該方法快捷簡(jiǎn)單易用，只需動(dòng)用鼠標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)查找。在飛機(jī)制造過程中，飛機(jī)裝配工作是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，處于非常關(guān)鍵的地位。由于飛機(jī)對(duì)裝配準(zhǔn)確度要求非常高，滿足裝配高準(zhǔn)確度可以通過制造準(zhǔn)確度、裝配容差、工藝余量和裝配過程協(xié)調(diào)等方法共同實(shí)現(xiàn)。如果裝配容差設(shè)計(jì)不合理，一方面難以滿足裝配準(zhǔn)確度的要求；另一方面將仍可能導(dǎo)致返工或修改，引起一次裝配成功率降低。因此，本文研究了面向飛機(jī)裝配的容差優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在前人研究的基礎(chǔ)上，論述了容差設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，研究了容差優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，開發(fā)了飛機(jī)裝配容差優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。綜述了尺寸鏈的基本理論和容差設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。介紹了飛機(jī)制造系統(tǒng)中誤差來源，并修正了裝配尺寸鏈，對(duì)系統(tǒng)誤差中由溫度產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差進(jìn)行了分析。研究了容差分析關(guān)鍵技術(shù)。極值法和概率法是傳統(tǒng)的容差分析方法，由于概率法本身的缺陷，所以，在飛機(jī)制造中，應(yīng)用比較多的是概率法的簡(jiǎn)化公式—經(jīng)驗(yàn)公式法。研究了隨機(jī)模擬方法—蒙特卡羅方法。運(yùn)用隨機(jī)模擬方法進(jìn)行容差分析，既可以適當(dāng)放寬容差要求、降低加工難度、減小加工成本，又可以簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)過程，優(yōu)化容差分布。研究了當(dāng)分析結(jié)果與設(shè)計(jì)者的要求相差甚遠(yuǎn)時(shí)，采用按組成環(huán)的貢獻(xiàn)率大小來調(diào)整組成環(huán)尺寸的方法。最后通過實(shí)例說明了容差分析流程。

4 結(jié)束語

介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)容差的一般流程。實(shí)現(xiàn)了容差查詢的自動(dòng)化，容差分析的簡(jiǎn)單化，容差分配的最優(yōu)化，提高了容差優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。此裝配容差優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面較好，操作簡(jiǎn)單，便于掌握使用。

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