[发明专利]一种面向三维夹具设计的公差迭代式优化方法

说明书

本发明公开了一种面向三维夹具设计的公差迭代式优化方法，主要包括四个步骤：根据定位销公差范围，选取定位销误差样本；根据定位销误差样本，计算夹具定位误差；根据定位销的位矢和法矢，计算定位销的几何灵敏度系数；根据夹具定位误差和定位销的几何灵敏度系数，迭代式优化定位销公差。本发明对于给定的初始夹具公差，可以保证自动、高效地寻求到最优公差方案，且方法具有较高的计算精度和通用性；通过优化夹具公差来达到控制夹具定位精度的目的，能在一定程度上降低调整夹具的成本；同时，由于所提方法建立在三维空间中，所需输入信息可直接从夹具的CAD设计模型中获取，因此，有利于实现所提方法与CAD系统的集成，实现计算机辅助夹具公差设计。

技术领域

本发明涉及装配夹具设计技术领域，具体而言，是一种面向三维夹具设计的公差迭代式优化方法。

背景技术

在复杂产品装配中，大量夹具被用于零组件的定位和夹持，其定位精度直接影响产品装配精度和质量。夹具公差设计作为夹具设计中的重要环节，是验证夹具设计合理性、保证夹具定位精度的重要手段，对提高产品装配精度和质量具有非常重要的意义。随着计算机辅助设计技术(CAD)的广泛应用，产品设计阶段已基本实现100％数字化产品定义，尤其是随着基于模型定义(Model Based Definition，MBD)技术的探索与应用，三维模型正成为设计、加工、装配、试验等各个阶段的唯一依据。在上述背景下，需要建立三维环境下的夹具公差设计方法。

目前，国内外企业和研究者在夹具结构设计、夹具定位精度分析等方面开展了一些工作。在夹具结构设计方面，企业或研发机构一般针对具体产品对象或业务需求进行夹具结构设计，目前已有较多发明成果。例如，专利“一种高精度旋转定位工作台”(申请号：201120500632.6)通过两气缸控制夹头松紧夹具的夹头松紧度和调节万向节高度以实现工作台的精确调整，以满足研磨作业中的高精度定位要求。专利“一种定位夹具”(申请号：201220203288.9)设计了一种具有较高定位精度，同时能保证工件定位稳定性的定位夹具。在夹具定位精度分析方面，国内外学者侧重建立夹具定位器误差与工件定位误差之间的关系。例如，文献“Workpiece Positioning Analyses:The Exact Solutions and aQuadratic Variation Approximation Using the Method of Moments”(Jun Cao,XinminLai,Wayne Cai,Sun Jin,Zhongqin Lin,《Journal ofManufacturing Science andEngineering》，2008,130(12):1-10.)建立了定位销误差与工件定位误差之间的数学模型，并给出了基于距的模型求解方法；文献“夹具定位分析模型的统计特征及相对误差分析”(罗晨,朱利民,丁汉,《机械工程学报》，2013,49(5):110-115.)给出了夹具定位精度的统计分析方法，提高了计算的效率。

从国内外研究现状来看，尽管在夹具定位精度分析方面目前已有较多成熟方法，可较好的解决夹具公差方案优劣的评价问题，但并没有给出有效的夹具公差优化方法；同时，在夹具结构设计中也需要夹具公差优化方法的支持，比如：如果夹具公差方案设计不合理，则可能需要通过调整夹具结构来带到控制夹具定位误差的目的，从而导致成本增加。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种面向三维夹具设计的公差迭代式优化方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种面向三维夹具设计的公差迭代式优化方法，包括以下步骤：

(a)根据定位销公差范围，选取定位销误差样本；

(b)根据定位销误差样本，计算夹具定位误差；

(c)根据定位销的位矢和法矢，计算定位销的几何灵敏度系数；

(d)根据夹具定位误差和定位销的几何灵敏度系数，迭代式优化定位销公差。