一种容差分配方法

摘要

本申请公开了一种容差分配方法，其首先构造尺寸链方程，同时获取零件加工成的加工能力指数；通过加工能力指数和尺寸链方程生成各个零件的随机样本集合，最后通过对随机样本集合的虚拟装配获取相应的虚拟装配参数集合，再通过虚拟装配参数集合与装配合格判据的比对获取相应的成功率，进而确定各个零部件的装配公差分配是否合格；本发明通过加工能力指数的引入将获得的随机样本集合与工厂的实际加工能力结合，从而提高了随机样本的集合的精确度，进而提高了模拟装配和公差设计的准确度，降低了容差分配的错误率、提高了容差分配的效率；同时通过虚拟生成和虚拟装配的方式替代了实体加工，能够有效降低容差分配分析的成本，具有良好的经济效益。

说明书

技术领域

本申请涉及装配加工技术领域，具体涉及一种容差分配方法。

背景技术

容差分配是飞机装配工艺过程的关键技术，现有装配容差分配技术主要是依靠工艺人员的现场经验及产品过程验证，在生产过程中常常需要反复验证和修正，返工率高，且无法预估分配合理性，一般通过多次试错迭代才能最终定型，因此传统经验依赖型容差分配方式已不能满足现代飞机的装配需求。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种容差分配方法，旨在解决现有技术中装配容差分配错误率高的缺陷。

为实现上述目的，本申请提供一种容差分配方法，包括以下步骤：

根据各零件的装配关系构造尺寸链方程；

获取零件加工厂的加工能力指数；

根据加工能力指数和尺寸链方程分别为各零件生成相应的随机样本集合；

根据装配关系对各所述随机样本集合中的各项参数进行虚拟装配，并取得虚拟装配参数集合；

根据装配要求确定装配合格判据；

结合装配合格判据判定装配参数集合中各装配参数是否合格，统计各所述装配参数的合格率；若合格率符合要求，则各零件的公差合格，否则调整各零件的公差并重复所述根据加工能力指数和尺寸链方程分别为各零件生成相应的随机样本集合的步骤直至合格。

可选的，根据各零件的装配关系构造尺寸链方程，包括以下步骤：

根据装配关系将各零件划分为增环零件和减环零件；

确定各所述增环零件的装配特征参数A

尺寸链方程表达式为C＝ΣA

可选的，增环零件的装配特征参数A

可选的，获取零件加工厂的加工能力指数，包括以下步骤：

调取各增环零件的装配特征参数A

分别验证所述装配特征参数A

结合各分布规律、各增环零件历史测量数据集合和各减环零件历史测量数据集合计算各零件的装配特征尺寸制造水平σ

可选的，装配特征尺寸制造水平σ

可选的，分别验证所述装配特征参数A

可选的，根据加工能力指数和尺寸链方程分别为各零件生成相应的随机样本集合的步骤中，包括以下步骤：

根据尺寸链方程计算各零件装配后的实际装配参数C；

对实际装配参数C和加工能力指数运用蒙特卡洛数值模拟法，分别为各待装配零部件生成随机样本集合{A

可选的，根据装配关系对各所述随机样本集合中的各项参数进行虚拟装配，并取得虚拟装配参数集合，包括以下步骤；

从随机样本集合{A

按照以下公式计算虚拟装配参数C′

对剩余元素重复上述步骤，直至取得所有虚拟装配参数C′

可选的，装配合格判据表达式为C

可选的，结合装配合格判据判定装配参数集合中各装配参数是否合格，统计各所述装配参数的合格率，包括以下步骤：

分别将虚拟装配参数集合中的各个参数带入到装配合格判据中，若满足合格判据则合格，否则为不合格；

统计合格参数的个数H，按以下公式计算合格率：α＝H/

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述分配方法首先构造尺寸链方程，同时获取零件加工成的加工能力指数；通过加工能力指数和尺寸链方程生成各个零件的随机样本集合，最后通过对随机样本集合的虚拟装配获取相应的虚拟装配参数集合，再通过虚拟装配参数集合与装配合格判据的比对获取相应的成功率，进而确定各个零部件的装配公差分配是否合格；

在本发明所述技术方案中，工厂的加工能力指数反映了一段时间内工厂加工零部件的实际能力，通过加工能力指数能够准确了解某型零件的加工质量；在尺寸链方程中包含有公差等对零件的尺寸要求，因此通过尺寸链和加工能力指数生成随机样本集合的实质是在某一质量(零件公差要求)要求下，结合工厂的生产能力对零部件进行虚拟加工，从而获取一批可能的零部件及其尺寸参数，最后再通过对该批次零部件进行虚拟装配对零部件的装配成功率进行验证，进而确定实现设计的尺寸量方程是否合理；

与现有技术相比，本发明通过引入加工能力指数生成相应的随机样本集合，则该随机样本集合的各个参数必然与工厂的加工能力相对应，从而大大提高了整个随机样本集合的准确度，进而提高了后续模拟装配和公差设计的准确度，降低了容差分配的错误率；

同时由于本发明能够降低容差分配的错误率，因此其能够有效避免多次迭代分配，从而提高了容差分配的效率；

其次，本发明通过加工能力指数和尺寸链方程虚拟生成随机样本集合，进而通过虚拟装配的方式实现了对容差分配的快速判断，其不断工作效率更高、同时通过虚拟的方式替代了实体加工生产，能够有效降低容差分配分析的成本，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种容差分配方法的流程图；

图2为本申请零件A和零件B的装配示意图；

图3为本申请零件A和零件B装配特征参数的P-P图；

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施方式1

参照图1到图2，本申请公开了一种容差分配方法，包括以下步骤：

S1、根据各零件的装配关系构造尺寸链方程；

S11、根据装配关系将各零件划分为增环零件和减环零件；

根据装配关系确定其涉及到的零部件，并将上述零件划分为增环零件和减环零件；

在此，以简单的套合装配对上述进行说明，如图1所示，在整个装配关系中涉及到零件A和零件B，其中零件A为一轴类零件，零件B上设置有一与零件A适配的连接孔，在套合装配中，零件A的尺寸参数增大将导致间隙的减小，因此其属于减环零件，零件B的连接孔尺寸增大将导致间隙的增大，因此其属于增环零件；

S12、确定各所述增环零件的装配特征参数A

根据步骤S11，同时结合图1可知，增环零件A在装配过程中涉及到的装配特征参数为轴的直径，其表示为A

S13、尺寸链方程表达式为C＝ΣA

根据步骤S12及尺寸链方程，计算实际装配参数C＝A

由于名义尺寸为定值，因此从上述表达式中可以看出，实际装配参数将由零件A和零件B的公差决定，而上述公差即为容差分配的调节对象；

S2、获取零件加工厂的加工能力指数；

S21、调取各增环零件的装配特征参数A

在步骤S12中明确增环零件A在装配过程中涉及到的装配特征参数为轴的直径，减环零件B的装配特征参数为连接孔的直径；

从企业ERP系统中调取零件A的所有直径历史测量数据，并将上述数据归集形成增环零件历史测量数据集合{A

S22、分别验证所述装配特征参数A

运用安德森-达令分别检测增环零件的装配特征参数A

如图3所示，利用MATLAB软件(不局限于该软件)绘制零件A和零件B专供诶特征参数的P-P图，可看出装配特征参数A

S23、结合各分布规律、各增环零件历史测量数据集合和各减环零件历史测量数据集合计算各零件的装配特征尺寸制造水平σ

基于正态分布，调用增环零件历史测量数据集合{A

调用减环零件历史测量数据集合{B

所述装配特征尺寸制造水平σ

需要指出的是，除服从正态分布以外，还可以服从均匀分布、左偏态分布、右偏态分布和双峰分布，无论服从何种分布，该分布的曲线表达式即为相应的加工能力指数。

S3、根据加工能力指数和尺寸链方程分别为各零件生成相应的随机样本集合；

S31、根据尺寸链方程计算各零件装配后的实际装配参数C；

将零件A和零件B的装配特征参数A

S32、对实际装配参数C和加工能力指数运用蒙特卡洛数值模拟法，分别为各待装配零部件生成随机样本集合{A

将实际装配参数C、A

S4、根据装配关系对各所述随机样本集合中的各项参数进行虚拟装配，并取得虚拟装配参数集合；

S41、从随机样本集合{A

在步骤S32得出的零件A的随机样本集合{A

S42、对剩余元素重复上述步骤，直至取得所有虚拟装配参数C′

在集合零件A的随机样本集合{A

S5、根据装配要求确定装配合格判据；

根据零件A和零件B的套合装配关系，假设零件A和零件B套合时最大可加垫0.5mm，干涉时最多打磨0.4mm，则装配合格判据的表达式为：-0.4≤C′

S6、结合装配合格判据判定装配参数集合中各装配参数是否合格，统计各所述装配参数的合格率；若合格率符合要求，则各零件的公差合格，否则调整各零件的公差并重复所述根据加工能力指数和尺寸链方程分别为各零件生成相应的随机样本集合的步骤直至合格

分别将虚拟装配参数集合{C′

依次将虚拟装配参数集合{C′

统计装配合格的参数H，再按以下公式计算合格率：α＝H/

根据实际情况确定α的合格值，如超过该合格值则说明零件A和零件B的公差确定合理，否则判定不合理；

如判定不合理，则调整零件A和零件B的公差再重复步骤S3直至α的计算值合格为止。

基于机加工质量管理的相关理论可知，在一段时间内工厂加工某一型零件的能力处于相对稳定状态，如本申请实施例中，在完成一批零件A的加工后，其直径各不相同，但是其各个直径的分布满足一定的分布规律(一般为正态分布)；该分布曲线可以有效反应加工厂的加工能力；

因此基于上述理论，本发明通过引入加工能力指数生成相应的随机样本集合，则该随机样本集合的各个参数必然与工厂的实际加工能力相对应，从而大大提高了整个随机样本集合的准确度，进而提高了后续模拟装配的准确度和公差设计的准确度，降低了容差分配的错误率；

同时由于本发明能够降低容差分配的错误率，因此其能够有效避免多次迭代分配，从而提高了容差分配的效率；

本发明通过加工能力指数和尺寸链方程虚拟生成随机样本集合，进而通过虚拟装配的方式实现了对容差分配的快速判断，其不断工作效率更高、同时通过虚拟的方式替代了实体加工生成，能够有效降低容差分配分析的成本，具有良好的经济效益。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。