張睿 韓志斌 劉煜

摘 要：對于飛機的裝配是需要有合理的誤差，而對于飛機整體質(zhì)量，合理的裝配容差是可以提高飛機的整體性能和研發(fā)成本，同時還能提高飛機的裝配效率，對于飛機裝配工藝中，怎樣去容差設計，選擇合理的裝配方法，可以通過容差建模的方法，通過裝配尺寸鏈，進行容差分析，從多個方面、多個角度進行分析，對于容差建模方法也是有很多種，像尺寸容差、行位容差和配合容差，通過對分機裝配誤差的設計和控制，將整體性能提升。

關鍵詞：容差設計；容差建模；容差分析

1 前言

在飛機裝配中，容差設計是非常重要的，它可以影響很多，飛機裝配容差設計需要先理解公差、容差、裝配容差的區(qū)別，公差是指設計中允許的形狀好尺寸的范圍，容差是指幾何形狀和尺寸變動的基準，裝配容差是轉(zhuǎn)配中限定的變量。

2 飛機裝備容差設計現(xiàn)狀及其中問題

容差設計是飛機設計與制造不可缺少的重要組成部分，是保證飛機設計功能實現(xiàn)的關鍵因素之一，而降低成本是獲取經(jīng)濟效益的必要手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量是贏得用戶的根本。因此，有必要對容差設計進行全面深入研究，并在此基礎上研究如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，降低產(chǎn)品制造成本，這就需要對產(chǎn)品容差進行優(yōu)化設計，這方面的研究也正是目前國內(nèi)外飛機制造系統(tǒng)領域的研究熱點之一。飛機制造技術難度大，工程艱巨，協(xié)作面廣，需要投入巨額資金的綜合性高技術產(chǎn)業(yè)，航空企業(yè)是國內(nèi)最早應用CAD/CAM技術的大型企業(yè)，設計部門在引進大量軟件的基礎上采用CAD技術收到較好的效果，由于CAD/CAM在飛機設計制造中的應用，提高了飛機制造水平。應用計算機輔助技術實現(xiàn)飛機裝配容差分析與設計已經(jīng)成為飛機制造業(yè)發(fā)展的重要手段，利用計算機輔助容差設計，進行各種數(shù)據(jù)精確計算和校核工作，極大地提高了設計技術人員地工作效率，從而加快了新產(chǎn)品地投產(chǎn)，為航空設計制造技術的發(fā)展提供理論基礎和關鍵技術。然而，由于容差設計涉及機械工程、幾何學、數(shù)學、計算機應用等學科的內(nèi)容，具有復雜性大和研究內(nèi)容跨學科的特點，導致計算機輔助容差設計（ComputerAidedTolerancing，CAT）的研究進展遠遠落后于計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）以及計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）的進展。在CAD/CAM技術高速發(fā)展的今天，計算機輔助容差設計仍無法與CAD/CAM集成，這已成為制約CAD/CAM技術深入發(fā)展的瓶頸，是先進制造技術領域急需解決的關鍵技術之一。飛機的裝配容差影響著飛機裝配準確度，裝配準確度是飛機產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。若飛機裝配容差設計不合理，一方面難以滿足裝配準確度的要求；另一方面將導致返工或修改，引起一次裝配成功率降低，進而浪費人力、時間等。更進一步的說，也影響到飛機的安全使用與使用壽命等。因此研究面向飛機裝配的裝配容差優(yōu)化設計己成為提高產(chǎn)品裝配準確度和一次裝配成功率而需迫切解決的瓶頸問題。

3 優(yōu)化設計方法

現(xiàn)代化機械工業(yè)要求機械零件具有互換性，特別是飛機制造業(yè)，更需要零件具有互換性，只有這樣才能實現(xiàn)生產(chǎn)的高效、專業(yè)化。互換性不僅能促進自動化生產(chǎn)的發(fā)展，而且有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量?，F(xiàn)代機械制造中，無論是大批量生產(chǎn)還是單件生產(chǎn)，都應該遵循互換性原則。而零部件在幾何參數(shù)方面的互換性體現(xiàn)在容差制上。容差由標準容差和基本偏差組成，基本偏差用來確定容差帶相對于零線位置的上偏差和下偏差，是國際上容差帶位置標準化的唯一指標，由基本偏差代號來確定。設計容差時往往需要查找手冊，效率不高，耗時費力。本文通過MATLAB和Access建立的數(shù)據(jù)庫把國家標準容差、形位容差和飛機工藝容差分配手冊中的叉耳配合協(xié)調(diào)誤差相關數(shù)據(jù)輸入計算機，實現(xiàn)容差與叉耳配合協(xié)調(diào)誤差的自動查找。該方法快捷簡單易用，只需動用鼠標即可實現(xiàn)查找。在飛機制造過程中，飛機裝配工作是一個非常重要的環(huán)節(jié)，處于非常關鍵的地位。由于飛機對裝配準確度要求非常高，滿足裝配高準確度可以通過制造準確度、裝配容差、工藝余量和裝配過程協(xié)調(diào)等方法共同實現(xiàn)。如果裝配容差設計不合理，一方面難以滿足裝配準確度的要求；另一方面將仍可能導致返工或修改，引起一次裝配成功率降低。因此，本文研究了面向飛機裝配的容差優(yōu)化設計方法。在前人研究的基礎上，論述了容差設計關鍵技術，研究了容差優(yōu)化設計流程，開發(fā)了飛機裝配容差優(yōu)化設計系統(tǒng)。綜述了尺寸鏈的基本理論和容差設計的基本內(nèi)容。介紹了飛機制造系統(tǒng)中誤差來源，并修正了裝配尺寸鏈，對系統(tǒng)誤差中由溫度產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差進行了分析。研究了容差分析關鍵技術。極值法和概率法是傳統(tǒng)的容差分析方法，由于概率法本身的缺陷，所以，在飛機制造中，應用比較多的是概率法的簡化公式—經(jīng)驗公式法。研究了隨機模擬方法—蒙特卡羅方法。運用隨機模擬方法進行容差分析，既可以適當放寬容差要求、降低加工難度、減小加工成本，又可以簡化統(tǒng)計過程，優(yōu)化容差分布。研究了當分析結(jié)果與設計者的要求相差甚遠時，采用按組成環(huán)的貢獻率大小來調(diào)整組成環(huán)尺寸的方法。最后通過實例說明了容差分析流程。

4 結(jié)束語

介紹了系統(tǒng)設計容差的一般流程。實現(xiàn)了容差查詢的自動化，容差分析的簡單化，容差分配的最優(yōu)化，提高了容差優(yōu)化設計的效率。此裝配容差優(yōu)化設計系統(tǒng)界面較好，操作簡單，便于掌握使用。

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