环片精密装配系统精度分析及控制

论文摘要

多环片精密装配的装配精度需要控制在微米量级,并且其工作特性要求各环之间具有良好的装配一致性。该类装配类似于轴-孔装配,传统的装配方式以人工装配进行,其装配精度及一致性都不高。本文基于研制的环片自动精密装配系统,以环片装配质量的影响因素及作用方式为基础,以提高系统装配精度及装配一致性为目的展开研究。针对目前的环片及装配模具,确定了环片装配质量的影响因素,完成了影响因素作用方式的分析。对环片自动精密装配系统的结构组成及装配要求进行了简要介绍及分析。对系统的装配作业模块及转台分度模块中误差的产生及其影响方式进行分析,并且通过误差传递及拟合在理论上得到装配系统末端的位姿误差。通过对作业模块的大变形及转台跳动情况产生误差的测试实验,得到了实际情况下误差量。基于理论推导的误差公式,利用测试实验获得了主要误差量的大小,从而计算得到实际装配情况下的系统误差。环片的设计公差是装配精度及装配可靠性的主要影响因素之一。利用不同设计公差环片的仿真得到了环片过盈量与其最大应力及与其所受反作用力之间的关系,实际上仿真得到的环片所受反作用力大小即为系统装配力大小。对两种不同设计公差环片进行装配实验,装配系统中力传感器测得的装配力与仿真所得环片所受反作用力的结果吻合程度较好。在考虑环片装配力、装配后续工艺中环片抵御环氧胶固化收缩力等因素的基础上,根据仿真及装配实验的结果,制定了环片的设计公差。对装配系统中影响装配精度较大的误差研究必要的误差补偿方法,以实现装配系统的精度控制。针对装配作业模块在装配过程中受力产生的大变形情况,提出了力／刚度补偿方法。该方法将受力情况的大变形作为一个整体误差,利用装配系统中的力传感器和光栅尺作为传感器件,通过软件控制实现了该误差的检测及补偿。针对转台转动过程中的跳动情况,采用了转台跳动误差补偿方法。在利用5-10μm设计公差的环片,采用补偿措施后的装配中,环片的间距及垂直度误差均控制在了20μm。综上,本文根据对装配质量影响因素的分析,通过环片设计公差制定、装配系统误差补偿等措施实现了多环片精密装配的精度控制,得到了很好的装配精度及装配一致性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 环片精密装配系统精度分析及控制的研究背景
• 1.2 精密装配系统定位精度的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 系统定位精度的理论分析
• 1.2.2 系统定位精度的实验研究
• 1.3 精密装配系统位姿误差补偿技术的研究现状
• 1.4 课题研究目的及主要研究内容
• 2 环体装配质量影响因素研究
• 2.1 装配质量的影响因素分析
• 2.1.1 产品设计对装配质量的影响
• 2.1.2 装配过程对装配质量的影响
• 2.1.3 装配可靠性分析
• 2.2 影响因素的作用方式分析
• 2.3 环片精密装配系统介绍
• 2.3.1 系统的整体结构组成及装配要求
• 2.3.2 装配作业模块结构特点
• 2.3.3 转台分度模块结构特点
• 2.4 本章小结
• 3 环片精密装配系统的误差分析及拟合
• 3.1 系统误差理论分析
• 3.1.1 系统装配作业模块的误差分析
• 3.1.2 系统转台分度模块的误差分析
• 3.1.3 系统误差拟合
• 3.2 系统误差测试实验
• 3.2.1 装配作业模块受力变形测试实验
• 3.2.2 转台跳动测试实验
• 3.3 系统实际误差的计算
• 3.4 本章小结
• 4 环片设计公差的制定
• 4.1 不同设计公差环片的仿真分析
• 4.1.1 建模及参数设定
• 4.1.2 仿真结果分析
• 4.2 不同设计公差环片的装配实验
• 4.3 环片设计公差的制定
• 4.3.1 公差制定的影响因素
• 4.3.2 设计公差的分析及确定
• 4.4 本章小结
• 5 环片精密装配系统的误差补偿研究
• 5.1 装配作业模块受力变形的误差补偿研究
• 5.1.1 力/刚度补偿方法原理
• 5.1.2 力/刚度补偿方法的控制算法
• 5.2 转台跳动的误差补偿方法
• 5.3 补偿前后的装配对比实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢