基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法.pdf

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1、航空学报Jun．252017v01．38No．6ActaAeronauticaetAstronauticaSinicalSSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaaedu．cn基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法张玮，王志国*，谭昌柏，刘霞南京航空航天大学机电学院，南京210016摘要：柔性零件广泛用于航空、汽车等产品中，在柔性件的装配过程中，装配尺寸质量受零件制造、夹具和连接过程中多种偏差源的耦合影响，分析和控制难度大。提出了一种基于夹具主动定位补偿的装配偏差优

2、化方法。首先，基于柔性件装配的受力变形分析，建立了考虑夹具法向定位误差的装配偏差模型。然后，根据上述模型，以夹具法向定位补偿量为优化变量，提出了夹具法向补偿量的优化模型和求解算法。以金属薄板装配和飞机壁板件装配为例，分别利用实验及有限元仿真分析了有无夹具主动定位补偿下的装配偏差。结果表明，夹具法向定位补偿对于减小柔性件的装配偏差具有显著效果，从而验证该优化算法的有效性和准确性。关键词：柔性件装配；夹具定位；主动补偿；装配偏差；优化中图分类号：V262．4；TH39文献标识码：A文章编号：1000一6893(2017)06—420862一0

3、9装配偏差是指产品实际装配尺寸相对于设计尺寸的偏离值，装配偏差的产生受到零件制造和装配过程中各种工艺因素的综合影响。柔性件的装配偏差分析与控制是装配尺寸管理的重点和难点。传统的装配偏差分析都以刚体模型为基础，然而，根据对汽车柔性薄板件装配测量数据的回归研究，Takezawa[11指出刚体模型已不能适用于柔性件的装配偏差分析。密歇根大学的Liu和Hu[2‘41率先开展了柔性装配偏差分析的研究，将柔性件装配分解成定位、夹紧、焊接及释放回弹四个步骤，在使用有限元分析及统计方法的基础上，提出了影响系数法，通过构建敏感度矩阵建立了输入零件偏差与输出

4、装配体回弹偏差之间的线性关系。针对柔性薄板零件刚性小、易变形的特点，Cai等凹1提出了“N一2—1”的夹具定位策略，通过在柔性件主平面上提供过约束定位(N>3)以减小其变形。相比“3—2—1”定位原则，“N一2—1”定位原则更适用于柔性件装配定位。Hu和Koren¨1在对车身多工位装配工艺研究中，提出“偏差流理论”，用以预测及诊断车身多工位装配系统中的偏差。Hsieh和Kong[7-81提出了一种以最小装配偏差为目标函数的柔性件装配工艺仿真和优化算法，应用遗传算法进行最小偏差优化。Eima—raghy[91分析了夹具、焊枪对装配偏差的影响

5、，将钣金件焊接装配分为“3—2—1”完全约束下的刚体运动、夹具定位和焊枪压紧下的变形以及装配约束释放后的回弹变形三个阶段，并建立了装配误差的统一模型。针对多工位柔性装配，Camelio等‘州在影响系数法的基础上，综合零件偏差、夹收稿日期：2016．10—18；退修日期：2016—11—18；录用日期：2016-12一08；网络出版时间：2016-12—2013：39网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20161220．1339．002．html基金项目：国家自然科学基金(51275236)*

6、通讯作者．E—mail：wzgnuaa@nuaa．edu．cn斟用格式l张玮．I志国．谭昌柏．等．基f夹具i动定位补偿的飞机柔性俘装配偏差优亿方法￡J]．航空学报，2D17，38(6)：420862．ZHANGw。wANGZG．TANcB．et乱Assemb

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9、10dolaircran∞mplianlparlsba∞donact

10、veIoca一柏gcomDensalIonoffixture【J]．ActaAeronauticaetA鲫onauticas确ca，2017，38(6)：4208

11、62-420862．1航空学报一==================================================一具偏差及焊枪偏差的影响，研究了偏差在多工位装配过程中的传播。Camelio等[113又进一步研究了夹具定位对柔性件装配偏差的影响，提出了一种最小化装配偏差的夹具设计方法。田兆青等‘123研究了多工位薄板装配过程中偏差流传递、变换和累积关系的状态空间模型。针对传统分析中公差和维护设计在制造系统中单独考虑的问题，Cui和Zhang[”3建立了集成公差和维护的柔性件多工位装配优化模型。邢彦锋等[14]根据装配后夹

12、具定位点的释放模式不同，建立了过定位释放和完全释放模式下的装配偏差分析模型。Dahlstr6m和Lindkvist[15]考虑装配过程中柔性件的相互接触作用，基于影响系数法建立了柔性装配偏差分