第3章 装配工艺设计

成，将封闭环的公差分配到组成环的分配方案也可以是多种
多样的，所以容差分配是一个优化问题。
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3.3 飞机装配容差分析与容差分配
基于蒙特卡罗仿真的误差分析技术。抽取正态、 瑞利、皮尔逊等分布条件下随机尺寸变量，对 封闭环样本进行统计学分析，从而计算累积误 差分布特征参数、分布曲线、装配成功率、质 量特性参数以及各环节容差对装配性能的影响 因子等。
3.2.1 误差的来源 （3）环境误差： 是与加工、装配或检测时周围的客观环境条件（如温度、湿度、
外力、地基沉降、振动等）有关的误差。
（4）对象误差： 由于被加工、装配或检测工件的几何形状不准确，表面质量不 高，内部存在应力等印刷而引起的加工、装配或检测误差。
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
法、型架装配机法和光学激光工具法）不同，所达到的准确度
也不同。
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
3.2.1 误差的来源 （2）机床设备或工具、量仪的误差： 是由于机床设备或工具、量仪的准确度及尺寸、形位稳定性有
一定限制，一级构造上和技术上的缺陷所引起的误差。
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
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蒙特卡罗仿真，对所定义的测量进行仿真 采样分析，以多种形式输出统计参数、样本 曲线、容差敏感度、几何影响系数等
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3.4 数字化预装配建模与仿真
数字化预装配是虚拟制造的一个重要组成部分，其实现有 助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零 部件从设计到生产所出现的技术问题。数字化预装配的定义：
3.2.1 误差的来源 （5）人差： 是由工作者的技术知识和经验多少以及感官能力有限等主观原
因而产生的误差。
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
3.2.1 误差的分类
误差按其特点和性质可分为：
过失误差
系统误差
随机误差
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3.3 飞机装配容差分析与容差分配
容差分配是准确度计算的逆向过程，即，已知闭环容差， 然后计算和确定各组成环公差。由于尺寸链由多个组成环组
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3.1 装配工艺设计技术发展现状
发展现状及需求
（1）装配工艺规划与详细设计 采用基于模型的装配工艺规划及详细设计，可实现基于二维图样的工 艺设计所无法比拟的表述能力。 ① 可支持基于模型实例的工艺规划，这种描述方式能够以直观的方式 表达模型实例的工艺结构关系。 ② 工艺信息可以与产品信息关联。大量与产品相关的操作说明性描述 可以与模型直接关联，进而便于工艺设计和指导工人操作。 ③ 可实现基于实例的工艺资源管理。对工艺资源的描述不仅包含属性 信息，也包含其模型实例，可以有效地进行装配仿真。 ④ 工艺仿真与工艺规划可以实现无缝集成。 ⑤ 可直观地指导现场作业。基于模型的工艺设计以三维形式生成现场 作业指导文件。
用于刚体结构装配和柔性结构装配的误差分
析。目前主要应用于汽车制造的质量控制， 其主要客户包括通用汽车等。
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2. 主要功能特点
与CATIA平台完全集成，为分析所定义的容差、约束、 测量信息可保存到CATIA模型中； 既适合普通刚体结构装配的容差分析，也适合钣金类柔 性结构装配的容差分析； 可为尺寸、形位容差定义正态分布、均匀分布、皮尔逊 分布、偏心分布等多种分布类型，更逼近实际制造情况；
①
②
数字化预装配流程：
（续）
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3.4 数字化预装配建模与仿真
（3）装配路径规划。 装配路径是零部件在数字化预装配空间中的运动轨 迹。进行装配路径规划，目的是实现无碰撞、无干涉装 配，起到保护零件和更快捷、更有效的装配的作用。因 此无论是对人工装配，还是对机械的自动化装配、柔性
装配或机器人装配，都需要进行装配路径规划。
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2.4 飞机装配容差分析与容差分配
3.2.1 飞机装配容差设计 第二阶段：当设计发放设计数据给工艺后，工艺需要对飞机结 构进行工艺组件划分，形成以工艺分离面为基准的装配结构。在 新的装配结构的基础上，需要对设计给定的装配准确度要求进行 分解，以形成零件容差和装配配合容差，这时采用的容差分析方 法通常有经验分析法、极值容差分析法、统计容差分析法;同时需 要将装配准确度要求分解给工装和夹具。
是基于产品的数字化实体模型，在计算机上分析与
验证产品的装配性能及工艺过程，从而提高产品的
可装配性。装配在此有双重含义，一是由零部件组
成的静态的装配体，二是该装配体的形成过程。
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3.4 数字化预装配建模与仿真
可装配性分析评价 装配干涉碰撞检查 软 件 装配序列规划 装配路径规划 环 产品装配模型信息获取 境
现行的飞机装配容差设计过程属于串行容差设计过程，该过程分 为四个阶段。
第一阶段：设计人员根据设计经验、设计规范、设计手册等进行 装配容差设计，给定重要连接部位、交点、外形等的装配准确度
要求(装配容差)，以保证飞机装配完成后达到规定的飞机结构强度、
空气动力性能等性能指标。
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
3.4.1 数字化预装配基本定义、内容与流程
使用计算机，在没有物理实现产品或支持 过程的情况下，通过分析、预测模型、数据
的表达和可视化，作出或辅助作出与装配相
关的工程决策。
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3.4 数字化预装配建模与仿真
3.4.1 数字化预装配基本定义、内容与流程
数字化预装配是装配过程在计算机上的本质实现，
3.2.1 飞机装配容差设计过程 数字化装配容差设计是在设计、工艺、制造、装配等阶段技术 人员共同参与下，并行地分析装配容差，形成符合装配准确度要 求和制造装配要求的容差分配方案。其设计过程主要包括: 装配容差建模
装配误差累积分析
装配容差分析和装配容差优化等。
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
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3.3 飞机装配容差分析与容差分配
均值
容差下界
容差上界
-3s
+3s
219.85
名义值=220
220.21
20
尺寸变动范围 = |220.21-219.85|=0.36
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1. 关于 3DCS软件 3DCS®是美国Dimensional Control Systems公司推出的著名的CAT软件，可应
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3.4 数字化预装配建模与仿真
（4）数字化预装配中的碰撞、干涉检查。 主要包括装配路径干涉检验，干涉和间隙体积计算等。物 体在装配过程中很有可能会发生碰撞、接触及其他形式的 相互作用。基于3D物理模型的数字化预装配必须能够检测 物体之间的这种作用，并做出适当响应，否则就会出现物 体之间的相互穿透和彼此重叠等不真实的现象。装配干涉 检验可分为静态干涉检验和动态干涉检验。
制造需要。
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2.4 飞机装配容差分析与容差分配
3.2.1 飞机装配容差设计 第四阶段：当零件进入装配阶段时，制造误差就将沿着装配尺寸
链进行传递，将可能出现装配误差累积超差，处理飞机装配误差
累积超差的方法有两种:修配和返工，这都将导致研制周期延长、 成本上升。
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2.4 飞机装配容差分析与容差分配
可根据真实装配条件为孔、轴配合定义不同的浮动（ floating）类型；
具有丰富的文档功能。可对蒙特卡罗仿真数据及分析以 文本、图形、网页、表格输出存档。
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3. 案例分析
Move特征
为装配模型中各相关几何定义正确移动 （Move），移动规定了零件各特征的配合方式 和相对位置关系
约束
零件数模
零件数模
约 束
关 系
装配模型
硬 件
零件数模
零件数模
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3.4 数字化预装配建模与仿真
数字化预装配主要研究内容：
（1）装配模型信息。装配模型是数字化预装配序列规划 研究的前提，从虚拟制造和数字化预装配的观点来看，装 配模型应该是一种集成化的信息模型，原则上支持面向全 生命周期产品设计过程中与装配有关的所有活动和过程， 包括产品定义、生产规划和过程仿真中与装配相关的各个 子过程。
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第3章 装配工艺设计
本章要点
装配工艺设计技术发展现状 飞机装配工艺规划 飞机装配协调 装配过程仿真
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3.1 装配工艺设计技术发展现状
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发展现状及需求
作为产品设计与制造间的桥梁与纽带，只有实现了基于模型的工艺 设计，即三维工艺设计，才能真正打通数字化设计制造途径，实现 数字量驱动的制造，进而向智能制造方向发展。 （1）装配工艺规划与详细设计
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2.4 飞机装配容差分析与容差分配
3.2.1 飞机装配容差设计 第三阶段：根据工艺分配的容差，对零件进行制造，在制造中可 能出现三种情况: l）零件容差满足制造要求;
2）零件容差过松，出现加工设备使用精度浪费;
3）零件容差过紧，导致制造误差超差严重。当出现后面两种情
况时，需要工艺或设计返工，调整容差分配方案，以满足实际的
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3.4 数字化预装配建模与仿真
（5）可装配性评价 可装配性评价技术的进一步研究对于整个数字化预装 配技术的发展有着特别重要的意义。目前可装配性评价 的方法存在不少问题，技术还不成熟，仍然有很多技术 问题有待于解决。
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3.4 数字化预装配建模与仿真
数字化预装配流程：
②
①
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Tolerance特 征
定义容差（Tolerance），为各几何体定 义容差类型、容差值、随机分布方式
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可定义的容差随机分布类型
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定义测量（Measurement），即需要关注其尺寸、形状、 相互位置变化情况的尺寸链封闭环
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3.1 装配工艺设计技术发展现状
发展趋势
（1）以现有CAPP系统为基础，在图形展示方面做部分简单工作，以此 适应三维模型的应用。 （2）以DELMIA为工具进行工艺规划
（3）建立基于模型的工艺规划
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
3.2.1 飞机装配容差设计 1) 现行的飞机装配容差设计过程
误差的来源=方法误差+机床设备或工具 量仪的误差+环境误差对象误差+人差
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3.2 飞机装配容差分析与容差分配
3.2.1 误差的来源 （1）方法误差：与加工、装配或检测方法有关的误差。 零件制造所用的加工方法不同，所能达到的准确度也不同；
装配时所用的定位方法不同，所达到的定位准确度也不同；
工艺装备的外形加工、安装方法（拉线吊线法、安装标准样件
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3.4 数字化预装配建模与仿真
（2）装配序列规划 (Assembly Sequence Planning，ASP) ---是产品装配过程中零部件装配序列的指令，产品中零件之间 的几何关系、物理结构及功能决定了产品的装配序列。装配序 列的表达要便于序列的生成，具体来说，装配序列的表达应考 虑： ① 从装配模型直接推导出装配序列的难易程度； ② 装配序列的各种表达方法之间是否易于实现变换； ③ 装配序列各工序的关系是否表达清楚； ④ 能否保证装配序列的完整性以及正确性； ⑤ 装配序列表达所需的存储空间。
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3.1 装配工艺设计技术发展现状
发展现状及需求
（2）装配工艺容差分析与优化 对飞机零部件的工艺容差进行合理分配，已成为装配工艺设计的重 要内容。 （3）装配工艺仿真 通过装配仿真可以优化飞机产品的装配过程，优化装配生产管理和 资源规划，从而实现产品研制周期和研制成本的最小化、产品设计质量 的最优化以及生产效率的最高化。 （4）基于专家知识的装配工艺决策 建立装配工艺知识库及资源库，并在此基础上构建装配工艺智能决 策系统。
3.2.2 误差的来源 生产过程包括加工、装配、检验或测量等，是工作者（人-Man）在 一定的环境（Environment）中，用一定的方法（Method），通 过一定机床设备和工具、量仪（Machine & Measuring Tool）对工 件（工作对象，Material）进行生产的过程。
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