一种非理想平面装配偏差的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种非理想平面装配偏差的计算方法，通过采用基于制造误差形态的方法生成非理想平面，考虑了制造误差因素对表面形貌偏差的影响，能够生成符合实际情况的配合平面，在此基础上，采用计算两个配合平面间的三个不共线的接触点，确定配合平面间装配后的相对位姿，再采用坐标系间相对位姿的计算确定装配偏差，获得了能反映实际情况的装配偏差计算结果。

A calculation method of assembly deviation of non ideal plane

【技术实现步骤摘要】
一种非理想平面装配偏差的计算方法
本专利技术属于机械工程
，具体涉及一种非理想平面装配偏差的计算方法。
技术介绍
加工获得的零件表面存在形貌偏差，为非理想表面。当两个零件的配合平面贴合后，由于接触点高度不同，两个零件在约束自由度方向上会产生装配偏差。现有配合平面装配偏差计算技术，多采用公差模型描述配合面的几何偏差。在同一公差范围内的实际表面有不同的形貌，配合面形貌不同，装配偏差也会不同。而大多公差模型未能对这些不同形貌的表面进行区分，使得基于公差模型进行装配偏差计算，难以区别在同一公差范围内的实际配合面不同形状情况对装配偏差带来的影响。装配偏差的计算结果未能反映实际装配情况。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种非理想平面装配偏差的计算方法，采用基于制造误差形态的方法描述配合面形貌偏差，实现了非理想配合平面装配偏差的计算。本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法，包括以下步骤：步骤1、采用基于制造误差形态的建模方法，为待装配零件的配合平面进行建模，建立配合平面的偏差坐标系，形成非理想配合平面；步骤2、基于所述非理想配合平面，为每个零件建立零件定义坐标系，用于表达零件的几何形状；建立统一的观察坐标系，用于表达每个零件的位姿以及待装配零件间的相对位姿关系，其中，零件的位置即为其自身的零件定义坐标系原点在观察坐标系中的位置，零件的姿态即为其自身的零件定义坐标系在观察坐标系中的姿态；每个零件的所述零件定义坐标系与其自身的所述偏差坐标系始终重合；以待装配零件中的任意一个零件为基础零件，另一个零件为调整零件，其中，基础零件的零件定义坐标系为基础零件定义坐标系，调整零件的零件定义坐标系为调整零件定义坐标系，所述基础零件定义坐标系与观察坐标系始终重合；初始状态下，所述调整零件定义坐标系与基础零件定义坐标系设置为重合；在调整零件定义坐标系的Z轴上取辅助计算点Q，观察坐标系坐标为(xQ,yQ,zQ)；步骤3、在所述观察坐标系中，计算出所述基础零件与调整零件的两个非理想配合平面内的全部对应点的ZV轴坐标差，其中最小坐标差所表示的对应点，即为第一接触点；将所述调整零件的非理想配合平面以第一接触点为基准点，沿ZV轴移动所述最小坐标差；以所述第一接触点为起点，以所述两个非理想配合平面内的除第一接触点以外的对应点为终点建立向量，分别形成基础零件向量集和调整零件向量集；计算所述基础零件向量集和调整零件向量集中所有对应向量间形成的向量夹角的角度，其中最小向量夹角的角度值所代表的对应点即为第二接触点；将所述调整零件的非理想配合平面以第二接触点为旋转点，以所述最小向量夹角形成的平面的法向为轴旋转所述最小向量夹角的角度值；以所述第一接触点、第二接触点以及所述两个非理想配合平面内的除第一接触点和第二接触点以外的对应点构建定位平面，取所述定位平面的法向分别形成基础零件定位平面法向集合和调整零件定位平面法向集合；计算所述基础零件定位平面法向集合和调整零件定位平面法向集合中所有对应法向间形成的法向夹角的角度，其中最小法向夹角的角度值所代表的对应点即为第三接触点；以所述第一接触点与第二接触点的连线为轴旋转所述最小法向夹角的角度值；步骤4、经过步骤3后，所述基础零件定义坐标系与调整零件定义坐标系间存在距离偏差，所述距离偏差即为所述调整零件定义坐标系的原点在所述观察坐标系中的ZV轴的坐标；此时所述辅助计算点Q的观察坐标系坐标变化为(xQ+x′Q,yQ+y′Q,z′Q)，根据坐标变化量采用公式(1)计算所述基础零件定义坐标系与调整零件定义坐标系间的角度偏差δN：采用公式(2)计算所述基础零件定义坐标系与调整零件定义坐标系间的角度偏差δP：所述距离偏差、角度偏差δN及角度偏差δP即为所述基础零件与调整零件的装配偏差。进一步地，所述观察坐标系和零件定义坐标系均属于笛卡尔坐标系。有益效果：本专利技术通过采用基于制造误差形态的方法生成非理想平面，考虑了制造误差因素对表面形貌偏差的影响，能够生成符合实际情况的配合平面。在此基础上，采用计算两个配合平面间的三个不共线的接触点，确定配合平面间装配后的相对位姿，再采用坐标系间相对位姿的计算确定装配偏差，获得了能反映实际情况的装配偏差计算结果。附图说明图1为本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法的流程图。图2为本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法建立的坐标系。图3(a)为本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法中确定第一接触点的示意图。图3(b)为本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法中确定第二接触点的示意图。图3(c)为本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法中确定第三接触点的示意图。图4为本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法确定的距离偏差和两个角度偏差。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种非理想平面装配偏差的计算方法，其主要思想是：首先，在偏差坐标系中获得两配合平面的形貌偏差数据，然后将这些形貌偏差数据转换为两零件定义坐标系中的数据，并通过计算配合平面上的三个不共线接触点的方式，确定配合平面间装配后的相对位姿，最后，再将两零件定义坐标系的相对位姿数据转换为观察坐标系中的数据，实现装配偏差的表达。本专利技术提供的一种非理想平面装配偏差的计算方法，如图1所示，具体包括以下步骤：步骤1、采用基于制造误差形态的建模方法，为待装配零件的配合平面进行建模，建立配合平面的偏差坐标系，形成非理想配合平面。由于加工获得的零件表面存在形貌偏差，为非理想表面，因此，计算零件的装配偏差，也就等效于计算两个非理想平面的装配偏差。计算两个非理想平面的装配偏差的前提条件是，采样非理想平面描述零件的装配表面。采样非理想平面描述零件的装配表面的过程，包括以下步骤：步骤1.1、分析非理想平面制造过程中的主要误差因素。步骤1.2、采用基于制造误差形态的非理想表面建模方法，确定各主要误差因素对应的偏差函数。步骤1.3、将获得的各主要误差因素的偏差函数累加，获得非理想配合平面总形貌偏差函数：首先，在非理想配合表面对应的理想表面上构建二维曲线坐标系，将其用于理想表面上点位置的描述。零件加工表面由刀刃上一点的切削运动和刀具进给运动形成，其中刀刃上一点的切削运动轨迹形成一条素线，刀具进给运动轨迹形成一条导线。由此，加工表面可视为由一条素线沿一条导线运动形成。沿素线和导线方向各建立一个坐标维，可形成一个二维曲线坐标系，理想表面上任意一点的位置均由该坐标系的两个曲线坐标表达。然后，在理想表面上任意点的二维坐标的正交方向引入偏差维，构建一个三维的偏差坐标系。偏差维的方向沿理想表面法线向外，其大小等于非理想表面上点相对于理想表面上对应点的偏离量。在偏差坐标系内，将各主要误差因素造成的形貌偏差表达为理想表面上点坐标的函数，此函数即为偏差函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非理想平面装配偏差的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、采用基于制造误差形态的建模方法，为待装配零件的配合平面进行建模，建立配合平面的偏差坐标系，形成非理想配合平面；/n步骤2、基于所述非理想配合平面，为每个零件建立零件定义坐标系，用于表达零件的几何形状；建立统一的观察坐标系，用于表达每个零件的位姿以及待装配零件间的相对位姿关系，其中，零件的位置即为其自身的零件定义坐标系原点在观察坐标系中的位置，零件的姿态即为其自身的零件定义坐标系在观察坐标系中的姿态；/n每个零件的所述零件定义坐标系与其自身的所述偏差坐标系始终重合；以待装配零件中的任意一个零件为基础零件，另一个零件为调整零件，其中，基础零件的零件定义坐标系为基础零件定义坐标系，调整零件的零件定义坐标系为调整零件定义坐标系，所述基础零件定义坐标系与观察坐标系始终重合；/n初始状态下，所述调整零件定义坐标系与基础零件定义坐标系设置为重合；在调整零件定义坐标系的Z轴上取辅助计算点Q，观察坐标系坐标为(x

【技术特征摘要】
1.一种非理想平面装配偏差的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用基于制造误差形态的建模方法，为待装配零件的配合平面进行建模，建立配合平面的偏差坐标系，形成非理想配合平面；
步骤2、基于所述非理想配合平面，为每个零件建立零件定义坐标系，用于表达零件的几何形状；建立统一的观察坐标系，用于表达每个零件的位姿以及待装配零件间的相对位姿关系，其中，零件的位置即为其自身的零件定义坐标系原点在观察坐标系中的位置，零件的姿态即为其自身的零件定义坐标系在观察坐标系中的姿态；
每个零件的所述零件定义坐标系与其自身的所述偏差坐标系始终重合；以待装配零件中的任意一个零件为基础零件，另一个零件为调整零件，其中，基础零件的零件定义坐标系为基础零件定义坐标系，调整零件的零件定义坐标系为调整零件定义坐标系，所述基础零件定义坐标系与观察坐标系始终重合；
初始状态下，所述调整零件定义坐标系与基础零件定义坐标系设置为重合；在调整零件定义坐标系的Z轴上取辅助计算点Q，观察坐标系坐标为(xQ,yQ,zQ)；
步骤3、在所述观察坐标系中，计算出所述基础零件与调整零件的两个非理想配合平面内的全部对应点的ZV轴坐标差，其中最小坐标差所表示的对应点，即为第一接触点；将所述调整零件的非理想配合平面以第一接触点为基准点，沿ZV轴移动所述最小坐标差；
以所述第一接触点为起点，以所述两个非理想配合平面内的除第一接触点以外的对应点为终点建立向量，分别形成基础零件向量集和调整零件向量集；计算所述基础零件向量集...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔立红，张健，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11