面向数控机床装配精度预测的元动作误差建模技术
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图片说明： 度预测以零件装配顺序为依据构建模型，未能体现零部件之间的关系及零部件几何特征之间的关系。因此本文提出面向数控机床装配精度预测的元动作误差建模方法，对数控机床进行FMA结构化分解，构建基于元动作的装配误差传递层次架构图来表达各装配单元的装配关系及几何特征之间的关系，在此基础上构建多层次状态空间模型分析误差在装配过程中传递积累规律，为数控机床设计与制造中误差防止与补偿提供了依据和基矗1面向数控机床装配精度预测的元动作误差建模面向数控机床装配精度预测的元动作误差建模方法的基本流程如图1所示。图1面向机床装配精度预测的元动作误差建模流程图该方法以元动作装配单元作为精度预测的基本单元，以元动作之间结合面的几何特征误差为分析对象，构建装配误差传递层次架构图来体现装配单元及其几何特征之间的关系，最后以多层次状态空间为预测模型预测数控机床最终装配精度。2功能结构化分解方法2．1FMA结构化分解方法数控机床是典型的复杂机电系统，在讨论其装配质量特性时直接分析是非常复杂、困难的，需对其进行分解，将其简化为易建模、易分析的基本单元，以基本单元为基础分析装配质量，然后再将基本单元的质量特性合成为整机的装配质量。FMA结构化分解方法是将数控机床的加工过程按照“功能-运动-动作”的方式进行自上而下逐层分解的方法，将机床加工功能这样一个复杂的综合运动拆分成一系列基本的动作单元，将机床的加工功能看作是一系列相互关联的动作［9］，如图2所示为FMA结构化分解树，功能层、运动层和动作层实际为网络关系，，不同的功能可能会共用同一动作，可通过图2分析各元动作的使用频率和重要度等信息。FMA功能分解方法将机床视为动态目标，更方便分析加工动态过程中的质量
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图片说明： 将基本单元的质量特性合成为整机的装配质量。FMA结构化分解方法是将数控机床的加工过程按照“功能-运动-动作”的方式进行自上而下逐层分解的方法，将机床加工功能这样一个复杂的综合运动拆分成一系列基本的动作单元，将机床的加工功能看作是一系列相互关联的动作［9］，如图2所示为FMA结构化分解树，功能层、运动层和动作层实际为网络关系，不同的功能可能会共用同一动作，可通过图2分析各元动作的使用频率和重要度等信息。FMA功能分解方法将机床视为动态目标，更方便分析加工动态过程中的质量和可靠性问题。图2FMA结构化分解2．2元动作装配单元对数控机床进行FMA结构化分解，分解到不能再分解的动作层，将其称为元动作。数控机床加工过程运动复杂，通过分解得到的元动作一般是机电产品的两种基本运动形式:移动和转动，有利于简化机床装配质量的分析过程。在装配过程中，由实现一个元动作的基准件组成，可以进行独立组装，能够实现该元动作规定动作的一组零件组成的独立组件称为元动作装配单元(Meta-actionassemblyunit，MAU)［11］。典型的元动作由支撑件、动力源、执行件和传动紧固件组成，如图3所示丝杠转动元动作装配单元构成要素。可独立完成规定运动的所有零部件集合为运动装配单元，可独立完成规定功能的所有零部件集合为功能装配单元。数控机床可视为由一系列元动作装配单元组装而成的产品，机床装配质量由元动作装配单元的装配精度来保证，元动作装配单元误差源及误差传递模型的研究是整机装配精度预测的基础［8］;各元动作装配单元之间的相互关系对整机装配质量亦产生较大影响。元动作装配单元间不仅以静态几何特征配合，还以运动部件进行配合。1735
【作者单位】： 重庆大学机械传动国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(51575070) 国家科技重大专项项目(2014ZX04001-031,2015ZX04003003-07)资助
【分类号】：TG95;TH161.7
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