專利名稱：二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二維裝配夾具布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
多工序裝配過程中，被裝配的零件一般采用N-2-1 (N彡3)夾具布局定位來限制零件偏移。如何進(jìn)行N-2-1夾具布局有效設(shè)計(jì)，最大程度地減少尺寸偏差源傳播，提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量的穩(wěn)健性是先進(jìn)制造過程領(lǐng)域亟待研究的課題。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)檢索文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，對夾具布局石if究方面，1· Cai 在〈〈Journal of Manufacturing Scienceand Engineering)) (ffjijia 科學(xué)與工程雜志)1996年 118卷發(fā)表了《Deformable SheetMetal Fixturing principles， Algorithms, and Simulations))提出了薄板定位的“N-2-1”定位原則，基于“N-2-1”定位原則，運(yùn)用有限元分析和非線性規(guī)劃法，以工件變形最小化為目標(biāo)，對夾具布局進(jìn)行了優(yōu)
；W. Cai ^ ((InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology)) ( 制造技術(shù)國際雜志)2006 年 28 卷發(fā)表了《Robust pin layout design for sheet-panel locating》運(yùn)用解析法對薄板裝配過程中夾具布局進(jìn)行了穩(wěn)健設(shè)計(jì)，使得關(guān)鍵產(chǎn)品或工藝特征點(diǎn)的裝配偏差最小。但是以上關(guān)于夾具布局的研究均對夾具定位銷的位姿進(jìn)行了限制，即四向定位銷與二向定位銷中心的連線與X軸平行，這與實(shí)際的裝配情形不總是相符。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能減小偏差源的傳遞、耦合和累積，能減少零件裝配偏差，進(jìn)而提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量的二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法。本發(fā)明解決上述的技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，包括以下步驟1)建立夾具定位參數(shù)對零件偏差影響的零件二維裝配夾具任意布局定位偏差模型；2)求解步驟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為目標(biāo)的零件二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型；3)分析步驟2)中所述的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型，運(yùn)用解析法和遺傳算法分別進(jìn)行夾具布局和夾具定位的單個(gè)參數(shù)優(yōu)化和多個(gè)參數(shù)綜合優(yōu)化。進(jìn)一步，所述的步驟1)中建立零件二維裝配夾具任意布局定位偏差模型的具體方法為，根據(jù)夾具布局原理，分析夾具定位參數(shù)對零件偏差影響，以三坐標(biāo)測量機(jī)坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，包括四向定位銷坐標(biāo)、二向定位銷坐標(biāo)、二向定位銷槽斜率、二向與四向定位銷連線的布局定位斜率，其中夾具定位參數(shù)有六個(gè)。進(jìn)一步，所述的步驟2)中構(gòu)建零件二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型的具體方法為，給定滿足正態(tài)分布的夾具定位參數(shù)偏差源向量，以零件偏差的均方差最小化為目標(biāo)，構(gòu)建零件二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型，以三坐標(biāo)測量機(jī)坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)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、轉(zhuǎn)角Φ的零件偏差均方差、X與Z合成方向的零件偏差均方差。進(jìn)一步，所述的步驟3)中參數(shù)優(yōu)化的具體方法為，分析所述穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型中六個(gè)參數(shù)變量對零件裝配偏差穩(wěn)健性的影響程度，得到單個(gè)參數(shù)優(yōu)化和多個(gè)參數(shù)綜合優(yōu)化的變量，其中單個(gè)參數(shù)優(yōu)化的變量為二向定位銷槽斜率，多個(gè)參數(shù)優(yōu)化的變量為二向定位銷坐標(biāo)和二向定位銷槽長軸斜率。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用更具通用性的夾具任意布局定位的零件二維裝配方案，通過夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化減小了偏差源的傳遞、耦合和累積，減少了零件裝配偏差，提高了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法的流程圖。圖2為本發(fā)明任意角度夾具布局定位的零件二維裝配參考坐標(biāo)示意圖。圖3為實(shí)施例中輪罩內(nèi)板夾具布局圖。
具體實(shí)施例方式
型；
的零件
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所示，一種二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，包括以下步驟
1)建立夾具定位參數(shù)對零件偏差影響的零件二維裝配夾具任意布局定位偏差模
2)求解步驟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為目標(biāo)維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型；
3)分析步驟2)中所述的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型，運(yùn)用解析法和遺傳算法分別進(jìn)行夾具布局和夾具定位的單個(gè)參數(shù)優(yōu)化和多個(gè)參數(shù)綜合優(yōu)化。具體地，所述步驟(1)包括根據(jù)附圖2所示，對于零件二維裝配夾具任意布局，建立附于零件的坐標(biāo)系 0-ΧΥΖ，定義定位點(diǎn)切平面方程如下L1定位點(diǎn)切平面方程F1 ax+bz+c = 0 (1)L2定位點(diǎn)切平面方程F2 y-z2 = 0 (2)L3定位點(diǎn)切平面方程F3 x-x2 = 0 (3)由式(1)-式(3)，得定位雅克比矩陣為
-a -b bxx -azxJ=O -1 X2(4)
-1 0-Z2貝 Ij
IjI= b (X2-X1)-a(Z2-Z1)
(5)
權(quán)利要求
1.一種二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟1)建立夾具定位參數(shù)對零件偏差影響的零件二維裝配夾具任意布局定位偏差模型；2)求解步驟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為目標(biāo)的零件二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型；3)分析步驟2)中所述的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型，運(yùn)用解析法和遺傳算法分別進(jìn)行夾具布局和夾具定位的單個(gè)參數(shù)優(yōu)化和多個(gè)參數(shù)綜合優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于 所述的步驟1)中建立零件二維裝配夾具任意布局定位偏差模型的具體方法為，根據(jù)夾具布局原理，分析夾具定位參數(shù)對零件偏差影響，以三坐標(biāo)測量機(jī)坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，包括四向定位銷坐標(biāo)、二向定位銷坐標(biāo)、二向定位銷槽斜率、二向與四向定位銷連線的布局定位斜率，其中夾具定位參數(shù)有六個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于 所述的步驟2)中構(gòu)建零件二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型的具體方法為，給定滿足正態(tài)分布的夾具定位參數(shù)偏差源向量，以零件偏差的均方差最小化為目標(biāo)，構(gòu)建零件二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型，以三坐標(biāo)測量機(jī)坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，其中零件偏差的均方差包括X方向的零件偏差均方差7方向的零件偏差均方差、轉(zhuǎn)角Φ的零件偏差均方差、 X與Z合成方向的零件偏差均方差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于 所述的步驟3)中參數(shù)優(yōu)化的具體方法為，分析所述穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型中六個(gè)參數(shù)變量對零件裝配偏差穩(wěn)健性的影響程度，得到單個(gè)參數(shù)優(yōu)化和多個(gè)參數(shù)綜合優(yōu)化的變量，其中單個(gè)參數(shù)優(yōu)化的變量為二向定位銷槽斜率，多個(gè)參數(shù)優(yōu)化的變量為二向定位銷坐標(biāo)和二向定位銷槽長軸斜率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，包括以下步驟1)建立夾具定位參數(shù)對零件偏差影響的零件二維裝配夾具任意布局定位偏差模型；2)求解步驟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為目標(biāo)的零件二維裝配夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型；3)分析步驟2)中所述的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型，運(yùn)用解析法和遺傳算法分別進(jìn)行夾具布局和夾具定位的單個(gè)參數(shù)優(yōu)化和多個(gè)參數(shù)綜合優(yōu)化。本發(fā)明采用更具通用性的夾具任意布局定位的零件二維裝配方案，通過夾具任意布局穩(wěn)健設(shè)計(jì)與優(yōu)化減小了偏差源的傳遞、耦合和累積，減少了零件裝配偏差，提高了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102508979SQ201110369908
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者劉德順, 張帆, 文澤軍, 朱正強(qiáng), 楊書儀 申請人:湖南科技大學(xué)