尺寸傳遞及容差分配(版)

1、1/49第三章第三章 飛機制造中的尺寸飛機制造中的尺寸傳遞及容差分配傳遞及容差分配2/49 飛機批量生產(chǎn)要求其結(jié)構(gòu)零、組、部件具有飛機批量生產(chǎn)要求其結(jié)構(gòu)零、組、部件具有一定一定的的互換性互換性和和嚴格嚴格的的協(xié)調(diào)性協(xié)調(diào)性。 互換性是產(chǎn)品相互配合部分的結(jié)構(gòu)屬性，它指同名互換性是產(chǎn)品相互配合部分的結(jié)構(gòu)屬性，它指同名零、組、部件在幾何尺寸、形位參數(shù)和物理、機械性能零、組、部件在幾何尺寸、形位參數(shù)和物理、機械性能各方面都能相互取代而具有的一致性。各方面都能相互取代而具有的一致性。 協(xié)調(diào)性指有協(xié)調(diào)關(guān)系（配合、對應(yīng)關(guān)系等）的幾何協(xié)調(diào)性指有協(xié)調(diào)關(guān)系（配合、對應(yīng)關(guān)系等）的幾何尺寸、形位參數(shù)都能兼容而具有的一致

2、性。尺寸、形位參數(shù)都能兼容而具有的一致性。3/49按獨立制造原則進行協(xié)調(diào)按獨立制造原則進行協(xié)調(diào)按相互聯(lián)系原則進行協(xié)調(diào)按相互聯(lián)系原則進行協(xié)調(diào)按相互修配原則進行協(xié)調(diào)按相互修配原則進行協(xié)調(diào)4/49 從保證飛機產(chǎn)品幾何準確度的角度看，產(chǎn)品的制造從保證飛機產(chǎn)品幾何準確度的角度看，產(chǎn)品的制造過程就是將產(chǎn)品圖樣上的理論尺寸以最小的誤差傳遞到過程就是將產(chǎn)品圖樣上的理論尺寸以最小的誤差傳遞到產(chǎn)品上去的過程。產(chǎn)品上去的過程。傳統(tǒng)的飛機制造模式中，飛機零件大傳統(tǒng)的飛機制造模式中，飛機零件大多為鈑金件，不能用一般的機械加工方法來制造，而是多為鈑金件，不能用一般的機械加工方法來制造，而是利用大量的標準和專用的工藝裝備來

3、制造，這些工藝裝利用大量的標準和專用的工藝裝備來制造，這些工藝裝備能以實物模擬量體現(xiàn)產(chǎn)品的尺寸和形狀。在將這些零備能以實物模擬量體現(xiàn)產(chǎn)品的尺寸和形狀。在將這些零件裝配成組合件和部件時，其裝配準確度和互換性的保件裝配成組合件和部件時，其裝配準確度和互換性的保證方法也不能像一般機械產(chǎn)品那樣靠零件的制造準確度證方法也不能像一般機械產(chǎn)品那樣靠零件的制造準確度本身來保證，而必須要以上述裝配工藝裝備來保證。本身來保證，而必須要以上述裝配工藝裝備來保證。 5/496/49按相互修配原則進行協(xié)調(diào)按相互修配原則進行協(xié)調(diào) 采用相互采用相互修配原則進行修配原則進行協(xié)調(diào)時，協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)時，協(xié)調(diào)準確度僅決定準確度僅決定于將

4、于將A零件的零件的尺寸傳遞給尺寸傳遞給B零件時這一環(huán)零件時這一環(huán)節(jié)的準確度。節(jié)的準確度。 7/49該協(xié)調(diào)方法應(yīng)用獨立制造原則，通過建立統(tǒng)一的精確的飛機幾何數(shù)據(jù)庫，將該協(xié)調(diào)方法應(yīng)用獨立制造原則，通過建立統(tǒng)一的精確的飛機幾何數(shù)據(jù)庫，將飛機外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何信息直接傳遞給數(shù)控設(shè)備，進行飛機零件和工藝飛機外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何信息直接傳遞給數(shù)控設(shè)備，進行飛機零件和工藝裝備的數(shù)控加工。與傳統(tǒng)的模線樣板一標準樣件工作法協(xié)調(diào)方法相比可以省裝備的數(shù)控加工。與傳統(tǒng)的模線樣板一標準樣件工作法協(xié)調(diào)方法相比可以省掉許多樣板和標準工藝裝備。掉許多樣板和標準工藝裝備。飛機外形的數(shù)模為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)原理飛機外形的數(shù)模為基礎(chǔ)

5、的協(xié)調(diào)系統(tǒng)原理8/49數(shù)字化協(xié)調(diào)方法的特點數(shù)字化協(xié)調(diào)方法的特點 1在設(shè)計方面，用計算機建立飛機外形和部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的在設(shè)計方面，用計算機建立飛機外形和部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精確幾何模型，并將其作為應(yīng)用于飛機制造過程中各個環(huán)節(jié)精確幾何模型，并將其作為應(yīng)用于飛機制造過程中各個環(huán)節(jié)統(tǒng)一的幾何數(shù)據(jù)庫，成為飛機制造的原始依據(jù)。通過數(shù)控繪統(tǒng)一的幾何數(shù)據(jù)庫，成為飛機制造的原始依據(jù)。通過數(shù)控繪圖機繪制理論模線、結(jié)構(gòu)模線和飛機生產(chǎn)圖紙，大大提高了圖機繪制理論模線、結(jié)構(gòu)模線和飛機生產(chǎn)圖紙，大大提高了繪圖質(zhì)量和效率。繪圖質(zhì)量和效率。 2在工藝裝備制造方面，對于形狀和協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜的組合在工藝裝備制造方面，對于形狀和協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜

6、的組合件和標準樣件、裝配型架上內(nèi)形板和外形卡板等，可以采用件和標準樣件、裝配型架上內(nèi)形板和外形卡板等，可以采用數(shù)控加工和數(shù)控測量技術(shù)。對于工藝裝備數(shù)控加工所需的形數(shù)控加工和數(shù)控測量技術(shù)。對于工藝裝備數(shù)控加工所需的形狀和尺寸，可以直接從飛機的幾何數(shù)據(jù)庫中提取，而不再需狀和尺寸，可以直接從飛機的幾何數(shù)據(jù)庫中提取，而不再需要經(jīng)過模線和樣板等尺寸傳遞過程。這樣可以大大提高工藝要經(jīng)過模線和樣板等尺寸傳遞過程。這樣可以大大提高工藝裝備的制造準確度和協(xié)調(diào)準確度，提高加工效率，縮短生產(chǎn)裝備的制造準確度和協(xié)調(diào)準確度，提高加工效率，縮短生產(chǎn)準備周期。準備周期。 3在零件制造方面，對于現(xiàn)代飛機廣泛采用的整體結(jié)構(gòu)件，

7、在零件制造方面，對于現(xiàn)代飛機廣泛采用的整體結(jié)構(gòu)件，包括整體框、整體肋、整體梁和整體壁板等，由于采用了數(shù)包括整體框、整體肋、整體梁和整體壁板等，由于采用了數(shù)控加工和數(shù)控測量，可以減少尺寸傳遞的許多中間環(huán)節(jié)。控加工和數(shù)控測量，可以減少尺寸傳遞的許多中間環(huán)節(jié)。9/49數(shù)字化環(huán)境下計算機輔助數(shù)字化環(huán)境下計算機輔助飛機制造容差設(shè)計技術(shù)飛機制造容差設(shè)計技術(shù)10/491. 公差設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計公差設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計 公差是機械工業(yè)中一項重要基礎(chǔ)標準，它規(guī)公差是機械工業(yè)中一項重要基礎(chǔ)標準，它規(guī)定了零件尺寸、幾何形狀允許的變動范圍，定了零件尺寸、幾何形狀允許的變動范圍，是保證零部件互換與配套、組織專業(yè)化生產(chǎn)是保證零部

8、件互換與配套、組織專業(yè)化生產(chǎn)不可缺少的技術(shù)措施。不可缺少的技術(shù)措施。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景11/49公差設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計中不可缺少的重要組成公差設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計中不可缺少的重要組成部分，是連接產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造、裝配部分，是連接產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造、裝配各環(huán)節(jié)的橋梁。合理的公差設(shè)計是保證產(chǎn)品各環(huán)節(jié)的橋梁。合理的公差設(shè)計是保證產(chǎn)品設(shè)計功能實現(xiàn)和降低產(chǎn)品研制成本的關(guān)鍵因設(shè)計功能實現(xiàn)和降低產(chǎn)品研制成本的關(guān)鍵因素和必要手段。素和必要手段。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景12/49 公差設(shè)計結(jié)果不但影響產(chǎn)品的精度，也影響到產(chǎn)公差設(shè)計結(jié)果不但影響產(chǎn)品的精度，也影

9、響到產(chǎn)品的加工成本，而公差設(shè)計涉及的因素較多（工具能品的加工成本，而公差設(shè)計涉及的因素較多（工具能力、技術(shù)水平、經(jīng)濟性等），如何合理分配組成產(chǎn)品力、技術(shù)水平、經(jīng)濟性等），如何合理分配組成產(chǎn)品的各零件、組件的公差是一個復(fù)雜的問題。的各零件、組件的公差是一個復(fù)雜的問題。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景13/49公差選用一般原則公差選用一般原則：充分滿足使用要求的前提下，考慮工：充分滿足使用要求的前提下，考慮工藝的可能性，盡量選用精度較低的公差等級。藝的可能性，盡量選用精度較低的公差等級。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景14/49如今，以如今，以CAD/CAM為代

10、表的數(shù)字化技術(shù)在傳統(tǒng)機械為代表的數(shù)字化技術(shù)在傳統(tǒng)機械制造領(lǐng)域引發(fā)了深刻的革命。國內(nèi)外關(guān)于計算機輔助制造領(lǐng)域引發(fā)了深刻的革命。國內(nèi)外關(guān)于計算機輔助公差設(shè)計已開展多年研究并取得了豐富成果，并在傳公差設(shè)計已開展多年研究并取得了豐富成果，并在傳統(tǒng)機械產(chǎn)品制造中取得了初步應(yīng)用，但尚未達到完全統(tǒng)機械產(chǎn)品制造中取得了初步應(yīng)用，但尚未達到完全實用的程度。與實用的程度。與CAD/CAM技術(shù)對制造業(yè)的深遠影響技術(shù)對制造業(yè)的深遠影響相比，作為機械產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中一項重要內(nèi)容相比，作為機械產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中一項重要內(nèi)容的公差設(shè)計，還遠遠滯后于數(shù)字化技術(shù)的整體發(fā)展水的公差設(shè)計，還遠遠滯后于數(shù)字化技術(shù)的整體發(fā)展水平

11、，成為平，成為CAD/CAM集成中凾待解決的關(guān)鍵問題。集成中凾待解決的關(guān)鍵問題。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景15/49 另一方面，現(xiàn)代并行工程方法要求綜合考慮產(chǎn)品另一方面，現(xiàn)代并行工程方法要求綜合考慮產(chǎn)品全生命周期內(nèi)各階段的因素（如功能、制造、裝配、全生命周期內(nèi)各階段的因素（如功能、制造、裝配、作業(yè)調(diào)度、質(zhì)量、成本、維護與用戶需求等等），綜作業(yè)調(diào)度、質(zhì)量、成本、維護與用戶需求等等），綜合考慮各相關(guān)因素的影響，使后續(xù)環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的合考慮各相關(guān)因素的影響，使后續(xù)環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的問題在設(shè)計的早期階段就被發(fā)現(xiàn)，并得到解決，從而問題在設(shè)計的早期階段就被發(fā)現(xiàn)，并得到解決，從而使產(chǎn)品

12、在設(shè)計階段便具有良好的可制造性、可裝配性、使產(chǎn)品在設(shè)計階段便具有良好的可制造性、可裝配性、可維護性及回收再生等方面的特性，最大限度地減少可維護性及回收再生等方面的特性，最大限度地減少設(shè)計反復(fù)，縮短設(shè)計、生產(chǎn)準備和制造時間。設(shè)計反復(fù)，縮短設(shè)計、生產(chǎn)準備和制造時間。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景16/49 在并行工程環(huán)境中各個流程的集成，不僅強調(diào)系在并行工程環(huán)境中各個流程的集成，不僅強調(diào)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的共享與交換，還要求相互評價、相互協(xié)調(diào)統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的共享與交換，還要求相互評價、相互協(xié)調(diào)以實現(xiàn)并行設(shè)計，公差的并行設(shè)計及分析技術(shù)是以實現(xiàn)并行設(shè)計，公差的并行設(shè)計及分析技術(shù)是CAD/ CAM

13、/CAPP集成中的重要內(nèi)容，又是它們相互集成中的重要內(nèi)容，又是它們相互評價和協(xié)調(diào)的手段。因此，實現(xiàn)產(chǎn)品的計算機輔助公評價和協(xié)調(diào)的手段。因此，實現(xiàn)產(chǎn)品的計算機輔助公差設(shè)計對于開展數(shù)字化環(huán)境下的并行工程設(shè)計必不可差設(shè)計對于開展數(shù)字化環(huán)境下的并行工程設(shè)計必不可少。少。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景17/492. 計算機輔助公差技術(shù)計算機輔助公差技術(shù) （Computer Aided TolerancingCAT）定義：就是在機械產(chǎn)品的設(shè)計、加工、裝配、檢測等定義：就是在機械產(chǎn)品的設(shè)計、加工、裝配、檢測等過程中，利用計算機對產(chǎn)品及其零部件的尺寸和公差過程中，利用計算機對產(chǎn)品及其零部件

14、的尺寸和公差進行并行優(yōu)化和監(jiān)控，爭取以最低的成本，設(shè)計并制進行并行優(yōu)化和監(jiān)控，爭取以最低的成本，設(shè)計并制造出滿足用戶精度要求的產(chǎn)品。造出滿足用戶精度要求的產(chǎn)品。相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景18/49幾何形狀、尺寸及其公差的計算機幾何形狀、尺寸及其公差的計算機表示表示 基本要求：完整性、兼容性、可計基本要求：完整性、兼容性、可計 算性、有效性算性、有效性公差分析公差分析 對包含零件公差與裝配公差的裝配模對包含零件公差與裝配公差的裝配模型進行分析，檢驗公差的合理性型進行分析，檢驗公差的合理性 極值法、概率法、極值法、概率法、Monte-Carlo法法 公差綜合公差綜合(公差分

15、配公差分配) 保證產(chǎn)品裝配技術(shù)要求下確定尺寸保證產(chǎn)品裝配技術(shù)要求下確定尺寸鏈各組成環(huán)經(jīng)濟的公差鏈各組成環(huán)經(jīng)濟的公差 加工成本模型、裝配失效模型加工成本模型、裝配失效模型 近似法、裝配成功率法近似法、裝配成功率法公差建模公差建模3. CAT主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容相相 關(guān)關(guān) 技技 術(shù)與術(shù)與 研研 究究 背背 景景19/494. 飛機制造與容差分配飛機制造與容差分配在飛機制造中，常把工藝裝備和產(chǎn)品零部件的在飛機制造中，常把工藝裝備和產(chǎn)品零部件的尺寸和形位公差稱為尺寸和形位公差稱為工藝容差（簡稱容差），工藝容差（簡稱容差），它包括公差帶中點值和公差帶寬度。而制造部它包括公差帶中點值和公差帶寬度。而制造部門根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求和生產(chǎn)條件確定