基于最小势能的表面配准新方法

一种考虑精密装配形状误差的表面配准新方法

摘要

随着工业技术的发展，现代制造业对部件的装配精度提出了更高的要求。对于精密装配而言，传统的基于公差的装配过程研究已难以满足这些要求。因此，必须考虑形状误差的分布。具有形状误差的两个配合表面之间的配准决定了零件的装配位置，是装配精度预测与控制的基础。本研究旨在提出一种考虑形状误差的新的表面配准方法。

设计/方法/途径 – 本研究提出了一种基于最小势能的新注册方法。可以获得配合表面上满足实际条件的一组独特接触点，并计算装配零件的空间位置。

研究结果 – 实验结果表明，计算值与实验值吻合良好。此外，均方根误差在2%以内，证明了该方法的有效性和精度。

原创性/价值 – 本文提供了一种考虑形状误差的精密装配有效新方法。该方法可以给出接触点的最优解，更符合实际装配情况，并为预测装配精度提供了依据。

关键词 接触点, 形状误差, 最小势能, 精密装配
论文类型 研究论文

1. 引言

形状误差是指实际表面相对于名义表面的广泛分布偏差（Jiang等，2016）。形状误差导致间隙不一致以及内应力分布不均匀。 显示了形状误差对零件最终装配精度的影响。

从图中可以看出，(a) 和 (b) 分别表示具有形状误差的平面与理想圆柱和理想平面装配的情况。由于误差区域内的形状误差分布不均匀，实际装配时理想圆柱发生平移，理想平面发生旋转。

具有形状误差的零件装配本质上是一个表面配准问题。在配准过程中，由于形状误差的存在，两个配合表面接触局部点而不是整个面。 显示了考虑形状误差的两个刚性零件的装配结果。从图2可以看出，P2是固定的，P1与其配合面进行装配。P1相对于理想位置有轻微的平移和旋转。假设PCS1和PCS2分别为两个零件的坐标系。将P1的配合面从PCS1变换到PCS2后，可以减小P1与P2之间的距离，直到确认接触点。本文中的表面配准是指确定零件在稳定装配状态下的接触点的过程。表面配准的目的是确定接触点。此外，装配的空间位置该期刊的当前期及全文存档可在埃默拉德洞察获取： https://www.emerald.com/insight/0144‐5154.htm

装配自动化 © 埃默拉德出版有限公司 [ ISSN 0144-5154 ][ DOI 10.1108/AA-01-2018-004 ]
本工作由国家自然科学基金[资助，项目编号为51375054和U153720042]。
作者感谢波尔多大学扬·勒杜教授提供的帮助与支持。2018年1月10日收到， 2018年5月7日、2018年8月3日、2018年8月19日修改，2018年9月13日接受。
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零件已确认，且最终可获得装配精度（图3