【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数控加工，具体涉及一种基于设计工艺一体化的行星传动复杂零件关键加工特征位置误差与经济成本预测方法。
技术介绍
1、在精密行星齿轮系统的设计和制造过程中，对零件的位置误差要求以及经济成本要求越来越高。复杂零件的制造过程中受到加工设备、夹具等影响导致零件存在位置误差，位置误差是直接影响零件的质量的关键因素之一；在零件设计及制造过程追求提高精度、降低误差，将会显著增加经济成本。在满足市场需求的前提下，权衡复杂零件误差与经济成本是实际生产中的关键问题。目前国内外对于零件误差预测大部分采用状态空间模型对多工序误差流进行建模，进而预测零件的尺寸偏差和位置误差，描述复杂零件的误差传递机理。这种预测方法只针对复杂零件制造过程中产生的位置误差进行预测，并没有考虑经济成本与位置误差之间的耦合关系。企业在实际生产中，急需一种考虑设计工艺一体化的前提下既能够实现复杂零件关键加工特征的位置误差预测，又能够描述位置误差与经济成本之间关联关系的预测方法。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术提出一种行星传动复杂零件关键加工特征位置误差与经济成本预测方法，以解决如何在多工序复杂工况下的实际生产中，实现降低经济成本，同时控制零件位置误差的技术问题。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种行星传动复杂零件关键加工特征位置误差与经济成本预测方法，该预测方法包括如下步骤：
5、s1.测量复杂零件关键加工特征制造过程
6、机床误差为[ex1，ey1，ez1，θx1，θy1，θz1]t，
7、夹具误差为[ex2，ey2，ez2，θx2，θy2，θz2]t，
8、工序中定位基准面的基准误差为[ex3，ey3，ez3，θx3，θy3，θz3]t；
9、其中，ex，ey，ez分别为x、y、z轴的位置误差；θx，θy，θz分别为x、y、z轴的角度误差；
10、s2.根据行星传动复杂零件关键加工特征的工艺路线，确定关键加工特征误差传递的误差流(如图1所示)，依据状态空间模型建立零件误差传递模型；基于零件误差传递模型求解关键加工特征与公差基准之间的位置误差，建立位置误差函数f1
11、零件误差传递模型表达式为：
12、δ(k)＝[a1(k)+a2(k)]δ(k-1)+b1(k)uf(k)+b2(k)um(k)+w(k)
13、y(k)＝c(k)δ(k)+v(k)
14、其中，零件在工序k的六自由度误差为δ(k)[ex_k，ey_k，ez_k，θx_k，θy_k，θz_k]；uf(k)为夹具误差向量；um(k)为机床误差向量；a1(k)为误差从工序k到k+1的齐次变换矩阵；a2(k)、b1(k)、b2(k)分别为上道工序k-1中加工特征相对基准误差、本道工序k中夹具误差和机床误差的选择矩阵，其中单位矩阵对应新加工特征中的误差分量，a2(k)表达式为：
15、
16、y(k)为测量输出向量；c(k)为测量过程中误差的齐次变换矩阵；w(k)、v(k)分别为建模噪声和测量噪声；
17、s3.基于误差传递模型采用sobol方法进行灵敏度分析，并根据制造过程中的机床经济成本c1、夹具经济成本c2和基准经济成本c3，建立经济成本函数f2
18、经济成本函数f2表达式为：
19、
20、
21、
22、其中，di为每个误差分量对总误差的敏感系数，表示第i个误差对总误差的影响程度，通过灵敏度分析获得；ki是误差分布系数，当误差遵循正态分布时,ki＝1；δi为机床误差、夹具误差、基准误差的分量；n为制造过程中误差类型数量；
23、s4.将上述机床误差、夹具误差及基准误差作为变量，将位置误差函数f1与经济成本函数f2作为目标函数，基于设计工艺一体化思想，根据设计模型中的公差要求和制造过程中加工设备的精度条件建立约束条件，建立零件位置误差、经济成本的多目标优化模型；
24、零件位置误差、经济成本多目标优化模型的表达式为：
25、
26、s.t exmax≤mpe(ex)
27、eymax≤mpe(ey)
28、ezmax≤mpe(ez)
29、θxmax≤mpe(θx)
30、θymax≤mpe(θy)
31、θzmax≤mpe(θz)
32、lb(ej)≤ej≤ub(ej)
33、lb(θj)≤θj≤ub(θj)
34、其中，e，θ为误差变量；δ基准为加工特征位置公差对应基准的误差；exmax、eymax、ezmax、θxmax、θymax、θzmax分别为位置误差和角度误差的公差要求上限；lb(ej、θj)，ub(ej、θj)分别为制造过程加工设备精度条件的上下限；
35、s5.通过多目标遗传算法求解上述多目标优化模型，完成行星传动复杂零件关键加工特征的位置误差与经济成本预测。
36、进一步地，步骤s3中，误差分量包括机床误差、夹具误差与工序中定位基准面的基准误差六自由度误差共18个误差分量。
37、进一步地，步骤s3中，对于制造过程中的误差类型分为基准误差、夹具误差、机床误差三类，n取值为3。
38、(三)有益效果
39、本专利技术提出一种行星传动复杂零件关键加工特征位置误差与经济成本预测方法，包括测量复杂零件关键加工特征制造过程中所使用的机床误差、夹具误差及工序中定位基准面的基准误差；根据行星传动复杂零件关键加工特征的工艺路线，确定关键加工特征误差传递的误差流，依据状态空间模型建立零件误差传递模型；基于零件误差传递模型求解关键加工特征与公差基准之间的位置误差，建立位置误差函数；基于误差传递模型采用sobol方法进行灵敏度分析，并根据制造过程中的机床经济成本、夹具经济成本和基准经济成本，建立经济成本函数；将上述机床误差、夹具误差及基误差作为变量，将位置误差函数与经济成本函数作为目标函数，基于设计工艺一体化思想，根据设计模型中的公差要求和制造过程中加工设备的精度条件建立约束条件，建立零件位置误差、经济成本的多目标优化模型；通过多目标遗传算法求解上述多目标优化模型，完成行星传动复杂零件关键加工特征的位置误差与经济成本预测。
40、本专利技术通过分析加工特征的位置误差与经济成本的耦合关系，为保证复杂零件的位置精度要求并合理降低经济成本提供依据。本专利技术同时考虑零件关键加工特征的位置误差与制造过程中所产生的经济成本，适用于复杂零件关键加工特征的位置误差与经济成本预测。
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1.一种行星传动复杂零件关键加工特征位置误差与经济成本预测方法，其特征在于，所述预测方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，步骤S3中，误差分量包括机床误差、夹具误差与工序中定位基准面的基准误差六自由度误差共18个误差分量。
3.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，步骤S3中，对于制造过程中的误差类型分为基准误差、夹具误差、机床误差三类，n取值为3。
【技术特征摘要】
1.一种行星传动复杂零件关键加工特征位置误差与经济成本预测方法，其特征在于，所述预测方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，步骤s3中，误差分量包括机床误差、夹具误差...
【专利技术属性】
技术研发人员：张强，周如意，彭振宇，程燕，许晋，张玉东，张静，李新毅，李亮，尹华兵，王乐，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：
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