專利名稱：基于關鍵特性的協(xié)調準確度計算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種飛機零部件協(xié)調計算器，特別涉及基于關鍵特性的協(xié)調準確度計算方法。
背景技術：
互換協(xié)調是飛機制造工藝規(guī)劃的中心問題，而合理的容差設計是實現(xiàn)互換協(xié)調的重要保證，直接影響飛機產品的制造質量、裝配成功率和制造成本。一般機械零件的制造采用公差配合制度即可保證產品的互換協(xié)調要求，而飛機結構由大量連接面多、工藝剛性小，在加工、裝配過程中易產生變形的鈑金件或非金屬薄壁零件組成，具有數(shù)量多、形狀復雜、尺寸傳遞路線長的特點。因此在飛機制造領域，飛機裝配的基本過程為:零件一組建一段件—部件一部件對接一飛機，因此飛機的結構單元在裝配過程中需經歷不同的工位和型架。由于飛機零件在制造過程中的定位基準與該零件在裝配組合時的定位基準不一定一致，且飛機部件不同型架上的定位基準也不一定完全相同，導致了飛機部件在對接時仍然會產生較大的協(xié)調誤差。傳統(tǒng)的容差理論計算是通過零件在各個工藝裝備上產生的移形環(huán)節(jié)而形成的協(xié)調路線來制定各組成環(huán)工藝容差，其計算方式可采用極值法或概率法。這種根據(jù)二維協(xié)調路線制定容差的方式在某種程度上是對復雜裝配協(xié)調問題的一種簡化和近似，存在一定的局限性，例如:不同工藝方法、不同制造環(huán)節(jié)的零件裝配在一起的時候，僅考慮各個環(huán)節(jié)的制造公差，不能反應整個制造過程中尺寸公差變化的因素；對于非典型結構如機身整體油箱邊緣等部位，若按照協(xié)調路線計算方法計算則復雜、繁瑣。目前，容差計算方法大都采用計算機實驗仿真手段即蒙特卡羅仿真方法，根據(jù)確定的容差分布規(guī)律對尺寸鏈進行隨機抽樣模擬，該方法也是目前商業(yè)軟件采用的主流計算方式。近年來，飛機制造業(yè)開始引入商業(yè)CAT軟件用于容差分析研究，包括Siemens公司的Vis/VSA及DCS公司的3DCS軟件。這些軟件可在產品的3D數(shù)模上直接建立數(shù)字化裝配工藝模型，其主要功能包括三維裝配模式下基準參考框架定義、尺寸和形位公差定義、結構尺寸鏈自動生成、基于蒙特卡羅法的尺寸波動模擬和貢獻度分析等。盡管這些軟件能很好地支持結構尺寸鏈求解功能并廣泛地運用于汽車制造行業(yè)，但并不適合具有工藝尺寸鏈或工藝尺寸鏈與結構尺寸鏈共同作用影響下的飛機協(xié)調準確度計算，因此無法對工裝協(xié)調下的尺寸、位置、形狀的移形誤差進行量化分析:例如飛機制造中鈑金件和復材件的制造仍然采用了較多的工藝移形環(huán)節(jié)，大部件的總裝型架中的接頭定位器等仍采用的實物量規(guī)進行安裝和協(xié)調?？傮w看來，這些軟件在飛機制造容差分配中尚不能完全發(fā)揮作用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，以公差分析軟件為工具，在定義關鍵特性的基礎上，將飛機零件的制造基準和裝配基準進行統(tǒng)一，計算飛機的協(xié)調準確度及裝配成功率。通過在設計階段對飛機制造過程各環(huán)節(jié)進行工藝容差的合理分配與仿真優(yōu)化，分析對敏感區(qū)域的變形貢獻者和影響幾何因素，建立一套飛機制造數(shù)字化容差計算方法，增強設計決策的敏捷性，給設計和發(fā)布提供工程迭代的能力。針對上述技術問題，本發(fā)明采取以下技術方案，基于關鍵特性的協(xié)調準確度計算方法，其特征在于，依據(jù)裝配工藝分離面的劃分建立與型架對應的關鍵特性組；將零件裝夾、制造過程、工裝定位器的安裝過程分別視為一個裝配過程；根據(jù)裝配工藝將零件的制造基準和裝配基準進行統(tǒng)一；將統(tǒng)一基準加載至各個工位的數(shù)字化裝配工藝模型中；對多工位作用下的飛機部件對接進行仿真計算；仿真計算的步驟如下:
1)選定分析目標部位，即需計算協(xié)調誤差的部位；
2)依據(jù)飛機裝配工藝和工位，構建關鍵特性組，建立關鍵特性組的拓撲數(shù)據(jù)關聯(lián)；
3)在VSA軟件中，建立型架模型的制造誤差；
4)在VSA軟件中，建立型架定位器的定位安裝誤差；
5)在VSA軟件中，建立型架的數(shù)字化工藝模型；
6)根據(jù)型架的裝配基準和裝配順序，建立第一個型架的裝配工藝模型；
7)根據(jù)主部件的裝配工藝，選定各零件的裝配順序及每個零件的安裝基準；
8)根據(jù)零件的制造工藝特點，選定零件制造基準；
9)計算零件制造基準與該零件安裝基準的轉換誤差，運用VSA軟件建立該零件的基準參考框架、特征及加載在特征上的尺寸和形位公差；` 10)根據(jù)裝配工藝，將零件按順序定位于工裝的定位器上并在VSA軟件中創(chuàng)建定位約束，建立以工裝為目標的數(shù)字化裝配工藝模型；
11)根據(jù)分析目標，建立測量并運用蒙特卡洛方法進行仿真，計算第一部件在第一個工位上的協(xié)調部位裝配誤差；
12)按照上述步驟建立第二個型架的裝配工藝模型，將誤差加載在對應該工位的關鍵特性組中協(xié)調部位的特征上并建立測量，計算第二個工位的裝配誤差；直至在第η個型架上依次組合后完成部件裝配；
13)根據(jù)協(xié)調部件的零件制造工藝特點，選定零件制造基準；
14)計算協(xié)調部件的零件制造基準與該零件安裝基準的轉換誤差；
15)建立協(xié)調部件第一個工位的數(shù)字化裝配工藝模型；
16)采取與主部件相同方式，建立以第一個工位為目標的裝配工藝模型，計算協(xié)調部件的協(xié)調誤差；
17)以此類推，直至在第N個型架上依次組合后完成協(xié)調部件的裝配；
18)最后，以誤差環(huán)節(jié)建立部件對接的工藝模型，計算主部件和協(xié)調部件的對接協(xié)調誤差。所述關鍵特性組是構成數(shù)字化裝配工藝模型中零件數(shù)模及標注在數(shù)模上尺寸誤差、形位公差的集合:
Ki表示對應零件i的關鍵特性的集合，ku表示零件i上某個關鍵特性；則零件i上所有關鍵特性可表示為
權利要求
1.基于關鍵特性的協(xié)調準確度計算方法，其特征在于，依據(jù)裝配工藝分離面的劃分建立與型架對應的關鍵特性組；將零件裝夾、制造過程、工裝定位器的安裝過程視為一個裝配過程；根據(jù)裝配工藝將零件的制造基準和裝配基準進行統(tǒng)一；將統(tǒng)一基準加載至各個工位的數(shù)字化裝配工藝模型中；對多工位作用下的飛機部件對接進行仿真計算；仿真計算的步驟如下: 1)、選定分析目標部位，即需計算協(xié)調誤差的部位； 2)、依據(jù)飛機裝配工藝和工位，構建關鍵特性組，建立關鍵特性組的拓撲數(shù)據(jù)關聯(lián)； 3)、在VSA軟件中，建立型架模型的制造誤差； 4)、在VSA軟件中，建立型架定位器的定位安裝誤差； 5)、在VSA軟件中，建立型架的數(shù)字化工藝模型； 6)、根據(jù)型架的裝配基準和裝配順序，建立第一個型架的裝配工藝模型； 7)、根據(jù)主部件的裝配工藝，選定各零件的裝配順序及每個零件的安裝基準； 8)、根據(jù)零件的制造工藝特點，選定零件制造基準； 9)、計算零件制造基準與該零件安裝基準的轉換誤差，運用VSA軟件建立該零件的基準參考框架、特征及加載在特征上的尺寸和形位公差； 10)、根據(jù)裝配工藝，將零件按順序定位于工裝的定位器上并在VSA軟件中創(chuàng)建定位約束，建立以工裝為目標的數(shù)字化裝配工藝模型； 11)、根據(jù)分析目標， 建立測量并運用蒙特卡洛方法進行仿真，計算第一部件在第一個工位上的協(xié)調部位裝配誤差； 12)、按照上述步驟建立第二個型架的裝配工藝模型，將誤差加載在對應該工位的關鍵特性組中協(xié)調部位的特征上并建立測量，計算第二個工位的裝配誤差；直至在第N個型架上依次組合后完成部件裝配； 13)、根據(jù)協(xié)調部件的零件制造工藝特點，選定零件制造基準； 14)、計算協(xié)調部件的零件制造基準與該零件安裝基準的轉換誤差； 15)、建立協(xié)調部件第一個工位的數(shù)字化裝配工藝模型； 16)、采取與主部件相同方式，建立以第一個工位為目標的裝配工藝模型，計算協(xié)調部件的協(xié)調誤差； 17)、以此類推，直至在第N個型架上依次組合后完成協(xié)調部件的裝配； 18)、最后，以誤差環(huán)節(jié)建立部件對接的工藝模型，計算主部件和協(xié)調部件的對接協(xié)調誤差。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于關鍵特性的協(xié)調準確度計算方法，其特征在于，所述關鍵特性組是指由組成公差鏈的零件數(shù)模及標注在數(shù)模上尺寸誤差、形位公差的集合； 關鍵特性集合表示對應零件i的關鍵特性的集合，尤7表示零件i上某個關鍵特性；則零件i上所有關鍵特性可表示為高={L%}；因此，在飛機裝配時某個工位上所考慮的關鍵特性集合可表示為:= 且^ ,A=l，2，…. 表示工位上零件個數(shù)； 關鍵特性組:飛機部件裝配需要由多個型架/工位來完成，因此對應該飛機部件的裝配過程所產生的關鍵特性組為
3.根據(jù)權利要求1所述的基于關鍵特性的協(xié)調準確度計算方法，其特征在于，所述建立關鍵特性組的拓撲數(shù)據(jù)關聯(lián)，是把某部件對應的關鍵特新組視為節(jié)點，則關鍵特性組之間用圖論中的無向圖來描述數(shù)據(jù)之間的拓撲關聯(lián)κ)，K表示節(jié)點即部件的關鍵特性組，萬表示邊或節(jié)點之間的連線，即部件之間需要進行協(xié)調準確度計算，在此基礎上可構建飛機整體關鍵特性組 的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于關鍵特性的協(xié)調準確度計算方法，是在構建關鍵特性數(shù)據(jù)的基礎上，將零件的制造基準和裝配定位計算相統(tǒng)一，對型架安裝制造至飛機部件裝配對接進行全過程的數(shù)字化仿真計算，力求在飛機實際制造裝配前發(fā)現(xiàn)不協(xié)調的顯現(xiàn)是本發(fā)明的特色。可帶來客觀的技術和經濟效益，如為企業(yè)技術人員進行容差設計提供定量信息，改變傳統(tǒng)的容差分配方法、減少標準工藝裝備數(shù)量、明顯提高飛機裝配質量和生產效率和降低新機的研制風險等。
文檔編號G06F17/50GK103164584SQ201310104950
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權日2013年3月29日
發(fā)明者鄭堂介, 劉春鋒, 王志國, 陳順洪 申請人:江西洪都航空工業(yè)集團有限責任公司