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    重庆时时彩中国有吗: 一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法.pdf

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    一种 抑制 装配 精度 迁移 重型 机床 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410023577.4

    申请日:

    2014.01.20

    公开号:

    CN103793560A

    公开日:

    2014.05.14

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20140120|||公开
    IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
    申请人: 哈尔滨理工大学
    发明人: 姜彬; 孙守政
    地址: 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号
    优先权:
    专利代理机构: 哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙) 23209 代理人: 张伟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410023577.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.10.12|||2014.06.11|||2014.05.14

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    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。

    权利要求书

    权利要求书
    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T10为机床部件刮研修配工序前的初始装配精度,Tx1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,Tx1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;T10的形成受到装配设计装配精度T01与初次装配方法影响;T11的形成由T10与刮研修配方法决定;T21到Tn1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;Ti1、T′m1、T"n1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n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n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n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;A′为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移;B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:
    fYZ=|YM-YRYR-YL(ZR-ZL)-(ZM-ZR)|fXZ=|XM-XRXR-XL(ZR-ZL)-(ZM-ZR)|fXY=|XM-XRXR-XL(YR-YL)-(YM-YR)|---(1)]]>
    式中:XM、YM、ZM为中间极点M坐标值,XL、YL、ZL为左极点L的坐标值,XR、YR、ZR为右极点R的坐标值;
    采用机床装配精度指标与变形场特征变量的灰色关联矩阵,构建机床装 配精度指标与变形场特征变量相对关联度,从而揭示机床装配精度指标与变形场特征变量的转换关系,构建装配精度指标与变形场特征变量的灰色关联矩阵;
    A1=(X1(δ1)+X1(δ2)+···X1(δn))A2=(X2(δ1)+X2(δ2)+···X2(δn))······A3=(X3(δ1)+X3(δ2)+···X3(δn))---(2)]]>
    式中A1~A4分别为床身导轨面Z向初次装配直线度精度,床身导轨面Y向初次装配直线度精度,床身导轨面初次装配平面度精度,前后节初次装配间隙精度;δ1~δ4为机床左床身变形场最大值,机床左床身与滑座导轨面变形场最大值,机床左床身前节结合面处最大变形,机床左床身后节结合面处最大变形;提取出变形场特征变量矩阵中的关键参数;
    建立重复装配精度指标矩阵与变形场特征变量矩阵:
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=δa1δa2···δanδb1δb2···δbn············δi1δi2···δin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(3)]]>式中:a1~an为初次装配精度指标,对应δa1~δan为初次变形场特征变量,对应εa1~εan为初次装配精度指标与变形场特征变量相对关联度;b1~bn为二次装配精度指标,对应δb1~δbn为二次变形场特征变量,对应εb1~εbn为二次装配精度指标与变形场特征变量相对关联度;
    采用机床变形场响应曲面法,识别机床变形场的影响因素及其响应程度,影响因素的不同,引起机床变形场响应曲面的类型有所不同;
    根据机床变形场响应特性,构建机床装配精度迁移控制变量矩阵,寻求变形场特征变量与控制变量间的映射关系,探明重复装配精度与控制变量之间的 联系,其两类关系矩阵:
    δa1δa2···δanδb1δb2···δbn············δi1δi2···δin=χa1χa2···χanχb1χb2···χbn············χi1χi2···χin·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin---(4)]]>
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=χa1χa2···χanχb1χb2···χbn············χi1χi2···χin·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(5)]]>式中:χa1~χan为机床初次装配时影响变形场重新分布的控制变量,对应ηa1~ηan为初次装配变形场对控制变量的敏感度,χb1~χbn为机床二次装配时影响变形场重新分布的控制变量,对应ηb1~ηbn为二次装配变形场对控制变量的敏感度;以此类推;
    根据重型机床装配精度迁移表征方法及其响应特性,建立重型机床装配精度模型;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。

    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AO-C,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;
    CR=Σj=18ajCIjΣj=18ajRIj---(6)]]>
    式中,CR为判断矩阵随机一致性比率,CI为一致性指标,RI为随机一致性指标;
    经验证,CR值小于0.1,故上述判断矩阵满足一致性要求。

    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n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,n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n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:
    AC1-P1=12531/3131/21/311/31/71---(7)]]>
    构建机床重复装配方法的判断矩阵变量目标值,揭示重复装配变形场影响因素之间内在关系,如下式所示:
    AC2-P2=11/31/91/51/81/511/51/21/41/2131/5311/3115/21---(8)]]>
    根据机床初次装配方法影响因素层次分析,识别机床初次装配预紧力、重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、初次装配时结合面塑形变形面积为影响引起每次装配过程中重复装配后装配精度超差负向迁移的关键影响因素,建立机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成矩阵,揭示机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成机制,如下式所示:
    a1a2···anb1b1···bn············i1i2···in=q1q2q3q4T·Fia1Fia2···FianFiib1Fiib2···FiibnSiiPc1SiiPc1···SiiPc1SiPd1SiPd1···SiPd1·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(9)]]>式中:q1~q4分别为机床初次装配预紧力、重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、初次装配时结合面塑形变形面积的权重值,根据层次分析结算结果,取值分别为0.2174、0.1786、0.1430、0.1240;
    根据机床初次装配方法影响因素层次分析,揭示机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成机制,如下式所示:
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=q1q2q3q4T·Fiia1Fiia2···FiianSiiPb1SiiPb2···SiiPbnρiic1ρiic2···ρiicnSiiod1Siiod2···Siiodn·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin]]>
                               (10)式中:q′1~q′4分别为机床重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、重复装配时结合面误差分布曲面曲率、重复装配时结合面接触面积的权重值,根据层次分析结算结果,取值分别为0.3276、0.2634、0.1222、0.1194。

    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:
    a1a2···an+b1+b2···+bn············+i1+i2···+in=a1a2···an-b1-b2···-bn············-i1-i2···-in·[ξx]---(12)]]>式中:[ξx]为装配精度迁移转变矩阵;[+in]为装配精度正向迁移矩阵;[-in]为装配精度负向迁移矩阵;
    根据机床每次装配过程中装配精度指标正向迁移及负向迁移矩阵,获取装配精度正向迁移与负向迁移相互转变矩阵,揭示机床装配精度迁移的转变机制;[ξx]的具体求法,如下式所示:
    [ξx]=a1a2···an+b1+b2···+bn············+i1+i2···+in·a1a2···an-b1-b2···-bn············-i1-i2···-in-1=ηa1+ηb1···ηi1ηa2+ηb2···+ηi2············ηan+ηbn···+ηin·ηa1+ηb1···+ηi1ηa2+ηb2···+ηi2············ηan+ηbn···+ηin·ϵa1+ϵb1···+ϵi1ϵa2+ϵb2···+ϵi2············ϵan+ϵbn···+ϵin·ϵa1-ϵb1···-ϵi1ϵa2-ϵb2···-ϵi2············ϵan-ϵbn···-ϵin-1·ηa1-ηb1···-ηi1ηa2-ηb2···-ηi2············ηan-ηbn···-ηin-1·χa1χa2···χan-χb1-χb2···-χbn············-χi1-χi2···χin-1---(13)]]>
    式中:[+χn]为装配精度正向迁移控制变量矩阵;[+ηn]为装配精度正向迁移响应转换矩阵;[+εn]为装配精度正向迁移关联转换矩阵;[-χn]为装配精度负向迁移控制变量矩阵;[-ηn]为装配精度负向迁移响应转换矩阵;[-εn]为装配精度负向迁移关联转换矩阵。

    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。

    说明书

    说明书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
    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
    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。
    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?;仓馗醋芭渚惹ㄒ剖抵适腔苍谧芭?、运行过程中变形场重新分布,所引起的装配精度的改变?;擦悴考看巫芭涔讨写嬖诨芈?,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。
    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
    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。
    本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是:
    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:
    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。
    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T10为机床部件刮研修配工序前的初始装配精度,Tx1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,Tx1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。T10的形成受到装配设计装配精 度T01与初次装配方法影响;T11的形成由T10与刮研修配方法决定;T21到Tn1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;Ti1、T′m1、T"n1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n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n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n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;
    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);A′为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移(未超差);B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。
    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:
    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:
    fYZ=|YM-YRYR-YL(ZR-ZL)-(ZM-ZR)|fXZ=|XM-XRXR-XL(ZR-ZL)-(ZM-ZR)|fXY=|XM-XRXR-XL(YR-YL)-(YM-YR)|---(1)]]>
    式中:XM、YM、ZM为中间极点M坐标值,XL、YL、ZL为左极点L的坐标值,XR、YR、ZR为右极点R的坐标值;
    采用机床装配精度指标与变形场特征变量的灰色关联矩阵,构建机床装配精度指标与变形场特征变量相对关联度,从而揭示机床装配精度指标与变形场特征变量的转换关系,构建装配精度指标与变形场特征变量的灰色关联矩阵;
    A1=(X1(δ1)+X1(δ2)+···X1(δn))A2=(X2(δ1)+X2(δ2)+···X2(δn))······A3=(X3(δ1)+X3(δ2)+···X3(δn))---(2)]]>
    式中A1~A4分别为床身导轨面Z向初次装配直线度精度,床身导轨面Y向初次装配直线度精度,床身导轨面初次装配平面度精度,前后节初次装配间隙精度;δ1~δ4为机床左床身变形场最大值,机床左床身与滑座导轨面变形场最大值,机床左床身前节结合面处最大变形,机床左床身后节结合面处最大变形;提取出变形场特征变量矩阵中的关键参数;
    建立重复装配精度指标矩阵与变形场特征变量矩阵:
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=δa1δa2···δanδb1δb2···δbn············δi1δi2···δin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(3)]]>
    式中:a1~an为初次装配精度指标,对应δa1~δan为初次变形场特征变量,对应εa1~εan为初次装配精度指标与变形场特征变量相对关联度;b1~bn为二次装配精度指标,对应δb1~δbn为二次变形场特征变量,对应εb1~εbn为二次装配精度指标与变形场特征变量相对关联度;
    采用机床变形场响应曲面法,识别机床变形场的影响因素及其响应程度,影响因素的不同,引起机床变形场响应曲面的类型有所不同;根据机床变形场响应特性,构建机床装配精度迁移控制变量矩阵,寻求变形场特征变量与控制变量间的映射关系,探明重复装配精度与控制变量之间的联系,其两类关系矩阵:
    δa1δa2···δanδb1δb2···δbn············δi1δi2···δin=χa1χa2···χanχb1χb2···χbn············χi1χi2···χin·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin---(4)]]>
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=χa1χa2···χanχb1χb2···χbn············χi1χi2···χin·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(5)]]>
    式中:χa1~χan为机床初次装配时影响变形场重新分布的控制变量,对应ηa1~ηan为初次装配变形场对控制变量的敏感度,χb1~χbn为机床二次装配时影响变形场重新分布的控制变量,对应ηb1~ηbn为二次装配变形场对控制变量的敏感度;以此类推;
    根据重型机床装配精度迁移表征方法及其响应特性,建立重型机床装配精度模型;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。
    优选的: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AO-C,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;
    CR=Σj=18ajCIjΣj=18ajRIj---(6)]]>
    式中,CR为判断矩阵随机一致性比率,CI为一致性指标,RI为随机一致性指标;
    经验证,CR值小于0.1,故上述判断矩阵满足一致性要求。
    优选的:步骤三中,利用装配过程中每道工序精度指标迁移对结合面几何偏差及装配载荷的敏感性,揭示重复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n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,n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n次装配最终形成的精度的形成机制影响,对重型机床装配精度迁移关键影响因素进行识别。
    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:
    AC1-P1=12531/3131/21/311/31/71---(7)]]>
    构建机床重复装配方法的判断矩阵变量目标值,揭示重复装配变形场影响因素之间内在关系,如下式所示:
    AC2-P2=11/31/91/51/81/511/51/21/41/2131/5311/3115/21---(8)]]>
    根据机床初次装配方法影响因素层次分析,识别机床初次装配预紧力、重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、初次装配时结合面塑形变形面积为影响引起每次装配过程中重复装配后装配精度超差负向迁移的关键影响因素,建立机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成矩阵,揭示机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成机制,如下式所示:
    a1a2···anb1b1···bn············i1i2···in=q1q2q3q4T·Fia1Fia2···FianFiib1Fiib2···FiibnSiiPc1SiiPc1···SiiPc1SiPd1SiPd1···SiPd1·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(9)]]>
    式中:q1~q4分别为机床初次装配预紧力、重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、初次装配时结合面塑形变形面积的权重值,根据层次分析结算结果,取值分别为0.2174、0.1786、0.1430、0.1240;
    根据机床初次装配方法影响因素层次分析,揭示机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成机制,如下式所示:
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=q1q2q3q4T·Fiia1Fiia2···FiianSiiPb1SiiPb2···SiiPbnρiic1ρiic2···ρiicnSiiod1Siiod2···Siiodn·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(10)]]>
    式中:q′1~q′4分别为机床重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、重复装配时结合面误差分布曲面曲率、重复装配时结合面接触面积的权重值,根据层次分析结算结果,取值分别为0.3276、0.2634、0.1222、0.1194;
    优选的: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:
    a1a2···an+b1+b2···+bn············+i1+i2···+in=a1a2···an-b1-b2···-bn············-i1-i2···-in·[ξx]---(12)]]>
    式中:[ξx]为装配精度迁移转变矩阵;[+in]为装配精度正向迁移矩阵;[-in]为装配精度负向迁移矩阵。
    根据机床每次装配过程中装配精度指标正向迁移及负向迁移矩阵,获取装配精度正向迁移与负向迁移相互转变矩阵,揭示机床装配精度迁移的转变机制。[ξx]的具体求法,如下式所示:
    [ξx]=a1a2···an+b1+b2···+bn············+i1+i2···+in·a1a2···an-b1-b2···-bn············-i1-i2···-in-1=ηa1+ηb1···ηi1ηa2+ηb2···+ηi2············ηan+ηbn···+ηin·ηa1+ηb1···+ηi1ηa2+ηb2···+ηi2············ηan+ηbn···+ηin·ϵa1+ϵb1···+ϵi1ϵa2+ϵb2···+ϵi2············ϵan+ϵbn···+ϵin·ϵa1-ϵb1···-ϵi1ϵa2-ϵb2···-ϵi2············ϵan-ϵbn···-ϵin-1·ηa1-ηb1···-ηi1ηa2-ηb2···-ηi2············ηan-ηbn···-ηin-1·χa1χa2···χan-χb1-χb2···-χbn············-χi1-χi2···χin-1---(13)]]>
    式中:[+χn]为装配精度正向迁移控制变量矩阵;[+ηn]为装配精度正向迁移响应转换矩阵;[+εn]为装配精度正向迁移关联转换矩阵;[-χn]为装配精度负向迁移控制变量矩阵;[-ηn]为装配精度负向迁移响应转换矩阵;[-εn]为装配精度负向迁移关联转换矩阵。
    优选的: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。
    优选的:步骤五中,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,提出装配工艺方法的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。
    本发明与现有技术相比具有以下效果:
    与已经公开的技术不同之处在于:
    原有的机床装配精度设计与控制方法,主要采用可靠度、失效概率、平均无故障间隔等概率手段进行评价,由于专用重型机床生产量少,导致采用上述方法缺少样本数据支持,无法评价装配精度可重复性要求。本发明通过机床重复装配精度迁移特性及迁移机制评价机床装配精度可重复性,通过采用重复装配精度迁移表征方法、模型和极值坐标转换法,建立机床变形场和装配精度指标之间的映射关系,采用层次分析法,构建机床装配精度迁移影响因素层次结构,研究机床装配过程中每道工序引起的重复装配精度正向迁移、负向迁移的形成及转变机制,建立装配精度迁移调控方法,有效地解决原有工艺方法的不足,提升重型机床装配精度可重复性。
    原有的重型机床初次装配工艺和重复装配工艺中,为了保证装配精度,在装配过程中采用试凑刮研、修研、合研等手段,引起机床装配回路,造成资源浪费,效率低下,无法避免在规定服役时间内,机床装配精度出现迁移失稳及超差现象。本发明考虑到机床装配过程中每道工序引起结合面变形场重新分布问题,采用改善结合面接触关系,控制装配预紧力,抑制装配过程中结合面间的刮蹭、震动、摩擦损伤等手段,消除装配回路,提高装配效率,提出机床装配工艺设计方法,实现对多次装配精度迁移的有效控制。
    原有机床装配工艺方法对装配误差的控制仅限定在一个较大范围内,不以控制装配精度迁移为目的,无法对机床重复装配精度迁移类型及分布进行识别,导致无法保障机床装配精度可重复性和加工精度可靠性,采用新工艺装配的重型车铣机床,对其装配精度可靠性进行评价表明,该机床不仅能够保障装配精度可重复性,提升装配质量及效率,还能够在机床服役期间,提高其加工精度保持性,实现核电设施零部件加工的高可靠性。
    本发明提供一种抑制重型机床装配精度迁移和装配工艺设计方法,该方法适用于解决重型机床重复装配过程中,产生的装配精度迁移问题。采用该方法能及时地评价和预判机床重复装配和服役过程中的装配精度可靠性,该方法不仅可用于装配精度可重复性评价,而且可用于重复装配工艺的设计,以保障装配精度可重复性要求,为提高装配精度可靠性提供有效手段。
    通过对机床重复装配精度迁移的表征,揭示机床重复装配精度迁移的本质,采用极坐标转换法及变形场极值法,构建机床变形场与装配精度指标之间的数学映射关系,采用机床重复装配精度迁移影响因素响应曲面法及层次分析法,获得装配精度迁移的关键影响因素及其层次结构,通过建立重型机床装配精度迁移模型,能够解决对机床重复装配精度迁移认识不清、影响因素分解不彻底等问题;揭示机床重复装配精度正向迁移和负向迁移的形成机制,通过构建机床重复装配精度迁移转变机制,建立机床装配精度正向迁移及负向迁移识别方法,提出装配精度迁移调控方法,为提高机床装配精度可重复性增添新方法;针对原有工艺方法不能完全解决装配精度迁移问题,提出装配工艺设计方法,并采用上述方法装配机床,实现对重型机床重复装配精度迁移的有效控制。
    采用新装配工艺方法装配完成一台用于加工核电设施大型零部件重型车铣专机,机床关键结合面横梁与立柱导轨面结合状态呈凸凸接触,横梁导轨面误差分布曲面曲率为0.7, 立柱导轨面误差分布曲面曲率为0.75;机床关键结合面-床身前后节结合面,其初次和重复装配最佳预紧力矩为75~125N·m;机床调试、运行过程中,其结合面接触应力应力场控制在12.85MPa以下;减少7条机床结合面刮研、合研回路。对其装配精度可重复性进行评价表明,在初次装配性能上,新工艺机床与原工艺机床比较,初次装配效率提升66.7%,应力最大值减少9MPa;在重复装配性能上,新工艺机床与原工艺机床比较说明,重复装配效率提升29.4%,在机床关键结合面上,装配精度指标正向迁移转变数量增加9.1%,应力场均匀性提升36%,装配精度指标迁移失稳数量减少18.2%,说明采用新装配工艺方法装配出的机床,其装配精度可靠性有明显提升。
    附图说明
    图1是一种抑制装配精度负向迁移的重型机床装配方法的流程图;图2是机床装配精度迁移的形成过程图;图3是重型机床重复装配精度迁移的形成过程及其类型图(图中:Ti1、T′m1、T"n1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n次装配最终形成的精度);图4是重型机床装配精度迁移的表征方法流程图;图5是机床一次装配过程中每道工序引起装配精度迁移及转变类型图(图中:A为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移(超差);A′为机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移(未超差);B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);图6是机床变形场、坐标参考点与装配精度的关系图;图7机床变形场对关键影响因素的响应曲面(图中:δ为机床某一部位的变形量);图8是机床左床身前后节形位偏差及结合表面误差分布对床身前端面孔处重复装配变形量的影响图;图9是机床左床身前后节配合处重复装配预紧力矩及其结合面摩擦损伤面积对床身前端面孔处重复装配变形量的影响和装配预紧力矩最佳范围图;图10是机床左床身前后节结合面塑性变形面积及接触面积对床身前端面孔处重复装配变形量的影响图;图11是重型机床装配精度迁移模型图;图12是重型机床装配精度迁移影响因素层次关系图;图13重型机床装配精度正向迁移关键影响因素的识别图(图中:C1为初次装配预紧力;C2重复装配预紧力;C3为切削载荷;C4为需拆卸的结合面摩擦损伤的面积;C5为重复装配后,结合面接触面积;C6为不拆卸的零部件形位偏差;C7为重复装配结合表面塑形变形面积;C8为重复装配后,结合面误差分布主曲率);图14是重型机床装配精度负向迁移关键影响因素的识别图(图中:C1为初次装配预紧力;C2重复装配预紧力;C3为切削载荷;C4为需拆卸的结合面摩擦损伤的面积;C5为重复装配后,结合面接触面积;C6为不拆卸的零部件形位偏差;C7为重复装配结合表面塑形变形面积;C8为重复装配后,结合面误差分布主曲率);图15是重型机床装配精度迁移调控方法流程图;图16是重型机床装配工艺设计方法的流程图;图17是重型机床新工艺与原工艺方法初次装配顺序的对比图;图18是重型机床新工艺与原工艺方法二次装配顺序的对比图。
    具体实施方式
    下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
    具体步骤为:
    1.重型机床装配精度迁移的表征方法
    针对机床装配过程中每道工序对装配精度迁移的影响特性,表征机床装配精度迁移过程,如图2所示。
    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;重型机床重复装配精度迁移的形成过程及其类型,如图3所示。
    根据机床装配精度迁移的形成过程,提出机床装配精度迁移表征方法,如图4所示。
    经过上述分析,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,如图5所示。
    采用重型机床装配精度迁移的表征方法,揭示机床部件每次装配过程中装配工序所引起的机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移、机床部件刮研修配后装配精度的正向迁移、机床每道工序后该部件结合面装配精度负向迁移及机床每道工序后该部件结合面装配精度正向迁移,揭示重型机床装配精度迁移的形成过程,能够定量评价机床重复装配精度迁移特性,可以有效地评判机床装配精度可重复性。
    2.重型机床装配精度迁移的预报方法
    现场工作台组件初次装配及重复装配过程中,装配精度指标超差后,一般采用刮研修复的方法,机床左床身前后节初次和二次装配中刮研修复的结合面,如表1及表2所示。
    表1机床左床身前后节初次装配中刮研修复的结合面

    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,如图6所示。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:
    fYZ=|YM-YRYR-YL(ZR-ZL)-(ZM-ZR)|fXZ=|XM-XRXR-XL(ZR-ZL)-(ZM-ZR)|fXY=|XM-XRXR-XL(YR-YL)-(YM-YR)|---(1)]]> 式中:XM、YM、ZM为中间极点M坐标值,XL、YL、ZL为左极点L的坐标值,XR、YR、ZR为右极点R的坐标值。
    采用机床装配精度指标与变形场特征变量的灰色关联矩阵,构建机床装配精度指标与变形场特征变量相对关联度,从而揭示机床装配精度指标与变形场特征变量转换关系。
    A1=(X1(δ1)+X1(δ2)+···X1(δn))A2=(X2(δ1)+X2(δ2)+···X2(δn))······A3=(X3(δ1)+X3(δ2)+···X3(δn))---(3)]]>
    构建机床左床身前后节装配精度指标与变形场特征变量灰色关联矩阵,如表3所示。
    表3装配精度指标与变形场特征变量的灰色关联矩阵

    表中:A1~A4分别为床身导轨面Z向初次装配直线度精度,床身导轨面Y向初次装配直线度精度,床身导轨面初次装配平面度精度,前后节初次装配间隙精度;δ1~δ4为机床左床身变形场最大值,机床左床身与滑座导轨面变形场最大值,机床左床身前节结合面处最大变形,机床左床身后节结合面处最大变形。
    通过关联分析表明,床身变形场特征变量对床身重要装配精度指标影响程度,由大到小排列为δ1>δ3>δ2>δ4,由此可以看出,采用装配精度指标与变形场特征变量的灰色关联分析,可以提取出变形场特征变量矩阵中的关键参数。
    建立重复装配精度指标矩阵与变形场特征变量矩阵,它们是通过关联转换矩阵进行沟通的,其基本形式如下式所示。
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=δa1δa2···δanδb1δb2···δbn············δi1δi2···δin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(4)]]>
    式中:a1~an为初次装配精度指标,对应δa1~δan为初次变形场特征变量,对应εa1~εan为初次装配精度指标与变形场特征变量相对关联度;b1~bn为二次装配精度指标,对应δb1~δbn为二次变形场特征变量,对应εb1~εbn为二次装配精度指标与变形场特征变量相对关联度;以此类推。
    由于机床装配精度迁移的实质是机床变形场重新分布,因此,识别影响因素对机床变形场的响应特性是识别变形场重新分布影响因素的基??;采用机床变形场影响曲面法,能够识别影响机床变形场的影响因素及其响应程度,影响因素的不同,引起机床变形场响应曲面的类型有所不同,如图7所示。
    以重型机床左床身装配为例,探究重复装配后变形场对重要影响因素的响应特性。构建重复装配后床身前端孔变形对关键影响因素的响应曲面,分别构建重复装配后床身前端孔变形对零部件导轨面在垂直方向上的直线度及前后节结合表面误差分布曲面主曲率的响应曲面,如图8所示;构建重复装配后床身前端孔变形对配合面重复装配预紧力矩及结合面摩擦损伤面积的响应曲面,如图9所示;构建重复装配后床身前端孔变形对切削载荷或装配载荷产生的塑性变形的结合表面面积及结合面接触面积响应曲面,如图10所示。
    根据影响因素对机床变形场的响应特性,识别影响机床变形场的重要影响因素;根据机床变形场响应特性,构建机床装配精度迁移控制变量矩阵,寻求变形场特征变量与控制变量间的映射关系,探明重复装配精度与控制变量之间的联系,其两类关系矩阵,如下式所示。
    δa1δa2···δanδb1δb2···δbn············δi1δi2···δin=χa1χa2···χanχb1χb2···χbn············χi1χi2···χin·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin---(5)]]>
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=χa1χa2···χanχb1χb2···χbn············χi1χi2···χin·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(6)]]>
    式中:χa1~χan为机床初次装配时影响变形场重新分布的控制变量,对应ηa1~ηan为初次装配变形场对控制变量的敏感度,χb1~χbn为机床二次装配时影响变形场重新分布的控制变量,对应ηb1~ηbn为二次装配变形场对控制变量的敏感度;以此类推。
    根据重型机床装配精度迁移表征方法及其响应特性,建立重型机床装配精度模型,如图11所示。
    根据层次分析方法,建立机床重复装配精度迁移影响因素权重模型,并进行一致性检验,如下式所示:
    CR=Σj=18ajCIjΣj=18ajRIj---(7)]]>
    式中,CR为判断矩阵随机一致性比率,CI为一致性指标,RI为随机一致性指标;
    经验证,CR值小于0.1,故上述判断矩阵满足一致性要求。重型机床变形场重新分布影响因素层次关系,如图12所示。
    采用以上方法,通过变形场重新分布及其影响因素特征识别,能够准确预报初次装配 最终形成的精度、二次装配最终形成的精度及n次装配最终形成的精度,实现对机床装配精度迁移的及时控制。
    3.重型机床装配精度迁移的识别方法
    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n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,n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n次装配最终形成的精度的形成机制影响。重型机床装配精度迁移关键影响因素的识别,如图13及图14所示。
    建立机床重复装配方法的判断矩阵,从而揭示重复装配方法对装配精度指标的影响特性,如表5所示。
    表5初次装配方法的判断矩阵

    表中:|Sv|为影响因素对装配精度指标的敏感度;Sip初次装配时结合面塑形变形面积;ρi为初次装配时结合面误差分布曲面曲率;Fei为结合面切削载荷;Sio为初次装配时结合面接触面积;Fi为初次装配预紧力。
    构建机床重复装配方法的判断矩阵变量目标值,揭示重复装配变形场影响因素之间内在关系,如下式所示。
    AC1-P1=12531/3131/21/311/31/71---(8)]]>
    建立机床重复装配方法的判断矩阵,从而揭示重复装配方法对装配精度指标的影响特性,如表6所示。
    表6重复装配方法的权重判断矩阵


    表中:Sf为拆卸部件结合面摩擦磨损面积;t为不拆卸零部件的形位精度;Fii为重复装配预紧力;Siio为重复装配结合面接触面积;Siip为重复装配结合面塑性变形面积;ρii为重复装配结合面误差分布曲面曲率。
    构建机床重复装配方法的判断矩阵变量目标值,揭示重复装配变形场影响因素之间内在关系,如下式所示。
    AC2-P2=11/31/91/51/81/511/51/21/41/2131/5311/3115/21---(9)]]>
    根据机床初次装配方法的判断矩阵及机床重复装配方法的判断矩阵,采用层次分析方法,求解机床结合面未经修复的装配精度负向迁移形成的关键影响因素权重值,如表7所示。
    表7机床结合面装配精度负向迁移形成的关键影响因素权重值

    根据机床初次装配方法影响因素层次分析,识别机床初次装配预紧力、重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、初次装配时结合面塑形变形面积为影响引起每次装配过程中重复装配后装配精度超差负向迁移的关键影响因素,建立机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成矩阵,揭示机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成机制,如下式所示。
    a1a2···anb1b1···bn············i1i2···in=q1q2q3q4T·Fia1Fia2···FianFiib1Fiib2···FiibnSiiPc1SiiPc1···SiiPc1SiPd1SiPd1···SiPd1·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(10)]]>
    式中:q1~q4分别为机床初次装配预紧力、重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、初次装配时结合面塑形变形面积的权重值,根据层次分析结算结果,取值分别为0.2174、0.1786、0.1430、0.1240;
    根据机床初次装配方法的判断矩阵及机床重复装配方法的判断矩阵,采用层次分析方法,求解机床结合面未经修复的装配精度正向迁移的关键影响因素权重值,如表8所示。
    表8机床结合面装配精度正向迁移形成的关键影响因素权重值

    根据机床初次装配方法影响因素层次分析,揭示机床部件合研后结合面装配精度的负向迁移的形成机制,如下式所示。
    a1a2···anb1b2···bn············i1i2···in=q1q2q3q4T·Fiia1Fiia2···FiianSiiPb1SiiPb2···SiiPbnρiic1ρiic2···ρiicnSiiod1Siiod2···Siiodn·ηa1ηb1···ηi1ηa2ηb2···ηi2············ηanηbn···ηin·ϵa1ϵb1···ϵi1ϵa2ϵb2···ϵi2············ϵanϵbn···ϵin---(11)]]>
    式中:q′1~q′4分别为机床重复装配预紧力、重复装配时结合面塑形变形面积、重复装配时结合面误差分布曲面曲率、重复装配时结合面接触面积的权重值,根据层次分析结算结果,取值分别为0.3276、0.2634、0.1222、0.1194。
    4.重型机床装配精度迁移的调控方法
    机床装配精度迁移转变由机床某一部件刮研修复前后的装配精度转变(主动转变)、机床其他部件装配工序对某一部件装配精度的转变(被动转变)以及n次装配最终形成的精度的转变组成?;沧芭渚惹ㄒ评嘈偷淖涫茏芭浞椒ǖ挠跋?,装配方法导致机床变形场重新分布,引起装配精度迁移对影响因素的响应曲面发生变化,因此,机床装配精度迁移转变的本质是装配方法不同引起的影响因素发生变化的过程。建立机床每次装配过程中每道工序后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 床每次装配过程中每道工序后装配精度正向迁移与负向迁移转变矩阵有三部分组成,一是每次装配过程中每道工序后装配精度指标正向迁移矩阵,二是每次装配过程中每道工序后装配精度指标负向迁移矩阵,三是转变矩阵,其基本形式如下式所示。
    a1a2···an+b1+b2···+bn············+i1+i2···+in=a1a2···an-b1-b2···-bn············-i1-i2···-in·[ξx]---(14)]]>
    式中:[ξx]为装配精度迁移转变矩阵;[+in]为装配精度正向迁移矩阵;[-in]为装配精度负向迁移矩阵。
    根据机床每次装配过程中装配精度指标正向迁移及负向迁移矩阵,获取装配精度正向迁移与负向迁移相互转变矩阵,揭示机床装配精度迁移的转变机制。[ξx]的具体求法,如下式所示。
    [ξx]=a1a2···an+b1+b2···+bn············+i1+i2···+in·a1a2···an-b1-b2···-bn············-i1-i2···-in-1=ηa1+ηb1···ηi1ηa2+ηb2···+ηi2············ηan+ηbn···+ηin·ηa1+ηb1···+ηi1ηa2+ηb2···+ηi2············ηan+ηbn···+ηin·ϵa1+ϵb1···+ϵi1ϵa2+ϵb2···+ϵi2············ϵan+ϵbn···+ϵin·ϵa1-ϵb1···-ϵi1ϵa2-ϵb2···-ϵi2············ϵan-ϵbn···-ϵin-1·ηa1-ηb1···-ηi1ηa2-ηb2···-ηi2············ηan-ηbn···-ηin-1·χa1χa2···χan-χb1-χb2···-χbn············-χi1-χi2···χin-1---(15)]]>
    式中:[+χn]为装配精度正向迁移控制变量矩阵;[+ηn]为装配精度正向迁移响应转换矩阵;[+εn]为装配精度正向迁移关联转换矩阵;[-χn]为装配精度负向迁移控制变量矩阵;[-ηn]为装配精度负向迁移响应转换矩阵;[-εn]为装配精度负向迁移关联转换矩阵。
    通过机床装配过程中重复装配精度迁移关键影响因素、形成条件、识别方法及转变机制,建立装配精度迁移的调控方法,如图15所示。
    采用上述方法,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,解算其转变矩阵,揭示装配精度迁移类型的转变机制,通过获得的机床装配精度迁移关键影响因素、权重关系、形成条件、识别方法及转变机制,提出重型机床装配精度精度迁移的调控方法,实现对机床每次工序后装配精度迁移的有效控制。
    5.重型机床装配工艺设计方法及效果对比
    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。重型机床装配工艺设计方法,如图16所示。根据机床装配工艺设计方法,分别从结合面误差分布、重复装配预紧力和改善结合面间接触状态等重要影响因素方面,优化现有机床装配工艺方法。通过优化切削参数及刀具,获取最佳的结合面表面误差分布,从而改善装配结合面间接触关系,保证装配精度可重复性。通过优选切削参数和刀具,合并加工工序,使得立柱和横梁关键结合面呈现良好接触状态,分析表明机床结合面应力场均匀性提升36%以上。根据装配精度迁移影响因素敏感性,表明机床初次和二次装配时,控制结合面间装配预紧力是保证装配精度可靠性的重要手段,控制静结合面装配预紧力主要采用两类办法,第一类是载荷测量,在结合面初次装配过程中,小螺栓可以采用测力扳手,大螺栓可以采用限定圈数方法来估算装配预紧力,根据初次装配预紧力,调整结合面二次装配预紧力,从而满足结合面装配预紧力要求;第二类是在结合面附近贴应变片,装配预紧力会使结合面附件应力场发生微小变化,采用或施加释放结合面间预紧力的方法,使初次和二次装配时,应力场强度和分布基本一致??刂贫岷厦孀芭湓そ袅χ荒懿捎媒岷厦娓浇Ρ淦觳?,通过测顶装置调整结合面间接触状态的方法实现。经过与原装配工艺方法相比,新工艺方法在滑动结合面装配工序中消除了装配回路,有效保证了装配工艺要求的零部件结合面精度指标与加工时结合面的精度指标,减少了结合面的刮研修复,同时能够提高初次装配效率约66.7%,二次装配效率29.4%,如图17和图18所示。采用上述装配方法,装配一台用于加工大型核电零部件的重型车铣床。优化机床关键结合面横梁与立柱导轨面,结合状态呈凸凸接触,横梁导轨面误差分布曲面曲率为0.7,立柱导轨面误差分布曲面曲率为0.75;机床关键结合面-床身前后节结合面,其初次和重复装配最佳预紧力矩为75~125N·m;机床调试、运行过程中,其结合面接触应力控制在12.85MPa以下;机床初次装配时,减少9条机床结合面刮研、合研回路,机床二次装配时,减少5条机床结合面合研回路。根据现场调研数据和机床初次和重复装配精度指标解算数据,计算出重复装配精度指标迁移百分比,如表9所示。
    表9重型机床重复装配精度指标迁移量解算


    根据装配精度迁移调控方法和新装配工艺方法,对新旧工艺重型车铣机床的性能进行效果对比,如表10所示。
    表10新旧工艺重型机床性能的效果对比

    由上表说明,在初次装配性能上,新工艺装配的机床较原工艺装配的机床,初次装配效率提升66.7%,应力最大值减少9MPa;在重复装配性能上,新工艺装配的机床较原工艺装配的机床,重复装配效率提升29.4%,在其关键结合面上,装配精度指标正向迁移转变数量增加9.1%,应力场均匀性提升36%,装配精度指标迁移失稳数量减少18.2%,说 明采用新装配工艺方法出装配的机床,在初始和重复装配性能上有显著提升。
    采用上述方法,根据重型机床装配精度迁移对变形场重新分布关键影响因素的响应特性,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具体装配方法,采用上述装配工艺方法,装配一台重型车铣专机,消除装配过程中结合面的修复回路,通过对每次装配过程中敏感性较高的重复装配预紧力、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、初始装配预紧力和切削载荷等参数的设计,有效抑制了机床装配精度的负向迁移?!  ∧谌堇醋宰ɡ鴚ww.www.4mum.com.cn转载请标明出处

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