[发明专利]二维装配夹具任意布局稳健设计与优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维装配夹具布局稳健设计与优化方法。

背景技术

多工序装配过程中，被装配的零件一般采用N-2-1(N≥3)夹具布局定位来限制零件偏移。如何进行N-2-1夹具布局有效设计，最大程度地减少尺寸偏差源传播，提高产品装配质量的稳健性是先进制造过程领域亟待研究的课题。经对现有技术检索文献发现，对夹具布局研究方面，W.Cai在《Journal of Manufacturing Scienceand Engineering》(制造科学与工程杂志)1996年118卷发表了《Deformable SheetMetal Fixturing：Principles，Algorithms，and Simulations》提出了薄板定位的“N-2-1”定位原则，基于“N-2-1”定位原则，运用有限元分析和非线性规划法，以工件变形最小化为目标，对夹具布局进行了优化；W.Cai在《InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology》(先进制造技术国际杂志)2006年28卷发表了《Robust pin layout design for sheet-panel locating》运用解析法对薄板装配过程中夹具布局进行了稳健设计，使得关键产品或工艺特征点的装配偏差最小。但是以上关于夹具布局的研究均对夹具定位销的位姿进行了限制，即四向定位销与二向定位销中心的连线与X轴平行，这与实际的装配情形不总是相符。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能减小偏差源的传递、耦合和累积，能减少零件装配偏差，进而提高产品的装配质量的二维装配夹具任意布局稳健设计与优化方法。

本发明解决上述的技术问题的技术方案是：一种二维装配夹具任意布局稳健设计与优化方法，包括以下步骤：

1)建立夹具定位参数对零件偏差影响的零件二维装配夹具任意布局定位偏差模型；

2)求解步骤1)中所述的零件偏差模型，得到以零件偏差的均方差最小化为目标的零件二维装配夹具任意布局稳健设计模型；

3)分析步骤2)中所述的稳健设计模型，运用解析法和遗传算法分别进行夹具布局和夹具定位的单个参数优化和多个参数综合优化。

进一步，所述的步骤1)中建立零件二维装配夹具任意布局定位偏差模型的具体方法为，根据夹具布局原理，分析夹具定位参数对零件偏差影响，以三坐标测量机坐标系为参考坐标系，包括四向定位销坐标、二向定位销坐标、二向定位销槽斜率、二向与四向定位销连线的布局定位斜率，其中夹具定位参数有六个。

进一步，所述的步骤2)中构建零件二维装配夹具任意布局稳健设计模型的具体方法为，给定满足正态分布的夹具定位参数偏差源向量，以零件偏差的均方差最小化为目标，构建零件二维装配夹具任意布局稳健设计模型，以三坐标测量机坐标系为参考坐标系，其中零件偏差的均方差包括X方向的零件偏差均方差、Z方向的零件偏差均方差、转角φ的零件偏差均方差、X与Z合成方向的零件偏差均方差。

进一步，所述的步骤3)中参数优化的具体方法为，分析所述稳健设计模型中六个参数变量对零件装配偏差稳健性的影响程度，得到单个参数优化和多个参数综合优化的变量，其中单个参数优化的变量为二向定位销槽斜率，多个参数优化的变量为二向定位销坐标和二向定位销槽长轴斜率。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用更具通用性的夹具任意布局定位的零件二维装配方案，通过夹具任意布局稳健设计与优化减小了偏差源的传递、耦合和累积，减少了零件装配偏差，提高了产品的装配质量。

附图说明

图1为本发明二维装配夹具任意布局稳健设计与优化方法的流程图。

图2为本发明任意角度夹具布局定位的零件二维装配参考坐标示意图。

图3为实施例中轮罩内板夹具布局图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种二维装配夹具任意布局稳健设计与优化方法，包括以下步骤：

1)建立夹具定位参数对零件偏差影响的零件二维装配夹具任意布局定位偏差模型；

2)求解步骤1)中所述的零件偏差模型，得到以零件偏差的均方差最小化为目标的零件二维装配夹具任意布局稳健设计模型；

3)分析步骤2)中所述的稳健设计模型，运用解析法和遗传算法分别进行夹具布局和夹具定位的单个参数优化和多个参数综合优化。

具体地，所述步骤(1)包括：