曲面天線現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)場(chǎng)裝配尺寸精度控制是雙彎曲反射面天線設(shè)計(jì)性能能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。天線反射面由大量的金屬薄壁件在臥式工裝上鉚接裝配而成。在鉚接后，天線反射面經(jīng)過(guò)臥立轉(zhuǎn)換保持立式工作狀態(tài)。鉚接裝配和臥立轉(zhuǎn)換后的誤差超差（即超出允許范圍），往往導(dǎo)致反復(fù)的天線裝配與坐標(biāo)測(cè)量，甚至整個(gè)產(chǎn)品廢棄?？焖俚墓に図憫?yīng)和裝配成本控制，亟需一種快速、高精度的面向鉚接工藝的尺寸誤差算法，以提高數(shù)千鉚釘連接的大尺寸天線薄壁部件的裝配精度。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有方法不足以完成天線部

2、件裝配誤差超差故障的系統(tǒng)建模以及不足以建立零件定位誤差、零件重力、局部鉚接變形、臥立轉(zhuǎn)換對(duì)全局誤差定量關(guān)系的問(wèn)題，綜合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、靜力學(xué)有限元法、動(dòng)力學(xué)有限元法等數(shù)值、解析和邏輯代數(shù)方法，立足于曲面天線薄壁大件的現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝，提出了天線裝配系統(tǒng)及故障分析建模的裝配鏈路和邏輯代數(shù)方法、三維彈性裝配尺寸誤差算法、“局部-整體”鉚接裝配尺寸誤差算法和天線裝配工藝優(yōu)化方法，揭示了誤差源對(duì)全局誤差的影響規(guī)律以及工藝優(yōu)化方法性能，開(kāi)發(fā)了裝配尺寸精度

3、計(jì)算與工藝優(yōu)化軟件。
　　主要研究成果如下。
　　1.根據(jù)天線零件空間分布特點(diǎn)和動(dòng)靜態(tài)故障分析的關(guān)鍵元素，分別提出了天線裝配體的分解策略和系統(tǒng)故障分析的代數(shù)方法。統(tǒng)一了剛性、彈性尺寸偏移的表達(dá)式。根據(jù)天線零件裝配順序和空間分布，提出了裝配序列和并行鏈路分解方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜裝配體的快速分解。規(guī)定事件可組成邏輯體，并采用三元素變量數(shù)組表示。第一個(gè)元素為變量的布爾狀態(tài)，第二個(gè)是當(dāng)前布爾狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，第三個(gè)是觸發(fā)當(dāng)前布爾狀態(tài)的概率

4、，采用布爾狀態(tài)表示該變量數(shù)組取值。據(jù)此通過(guò)序列、同時(shí)、析取、與運(yùn)算符，可將兩變量邏輯體表示成一個(gè)時(shí)間或混合運(yùn)算。這一運(yùn)算的基本性質(zhì)，包括優(yōu)先運(yùn)算、冪等、交換、結(jié)合、吸收和分配律。快速地建立并化簡(jiǎn)了天線裝配等靜、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障的代數(shù)表達(dá)式和失效概率表達(dá)式。算例驗(yàn)證了方法的簡(jiǎn)捷程度。
　　2.采用運(yùn)動(dòng)學(xué)解析公式和靜力學(xué)有限元法，提出了基于裝配鏈路的三維彈性裝配尺寸誤差算法。首先規(guī)定零件間定位誤差引起的剛性位移量和過(guò)定位變形、重力引起的結(jié)

5、構(gòu)變形滿足線性疊加關(guān)系。然后采用有限元網(wǎng)格表示裝配體;對(duì)不同零件的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)分組編號(hào)，以區(qū)分不同的零件;在每一個(gè)零件網(wǎng)格接觸面附近，選擇三個(gè)不共線的節(jié)點(diǎn)，用于設(shè)置零件間的定位誤差。代入各接觸面上的定位誤差，采用“微小尺寸偏移近似為速度”的運(yùn)動(dòng)學(xué)解析公式，提出剛性位移計(jì)算方法，可用于修改裝配鏈路中的當(dāng)前接觸面后面的零件網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。采用靜力學(xué)有限元法，計(jì)算過(guò)定位變形和重力變形，可用于修改相應(yīng)的零件網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。集成了剛性位移計(jì)算方法和有限元

6、法，率先提出了三維彈性裝配尺寸誤差算法。并行裝配體的仿真和試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了方法的精度。
　　3.綜合動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)有限元法和數(shù)值插值法，提出了“局部-整體”鉚接裝配尺寸誤差算法。首先根據(jù)曲面天線鉚接工藝參數(shù)，采用動(dòng)力學(xué)有限元法和試驗(yàn)驗(yàn)證了鉚釘孔周變形表征鉚接工藝的合理性，提出了鉚接固有應(yīng)變庫(kù)的概念和使用方法。采用靜力學(xué)有限元模型來(lái)表示全局裝配體，并記錄裝配體靜力學(xué)有限元模型中各個(gè)鉚釘孔及其節(jié)點(diǎn)。基于上述固有應(yīng)變數(shù)據(jù)，采用數(shù)值插值法

7、和一組迭代的有限元計(jì)算，提出了“局部-整體”尺寸誤差算法，彌補(bǔ)了多鉚釘鉚接裝配誤差算法的空缺。集成了三維彈性裝配尺寸誤差算法和“局部-整體”鉚接裝配誤差算法，建立起“鉚接工藝參數(shù)、零件重力、零件間匹配間隙”這三類因素與全局尺寸誤差的定量關(guān)系，并完成了并行裝配體的試驗(yàn)和仿真。研究結(jié)果驗(yàn)證了方法的計(jì)算效率和精度。
　　4.集成遺傳、蟻群優(yōu)化算法和所提誤差算法，提出了天線裝配工藝優(yōu)化方法。首先分析了上千鉚釘連接的天線裝配體總體工藝和局部

8、鉚接工藝，基于鉚釘分組方法和“局部-整體”鉚接裝配誤差算法，以裝配體上輪廓的關(guān)鍵點(diǎn)的位移均方根為目標(biāo)，采用遺傳算法和蟻群算法集成出同步優(yōu)化和分步優(yōu)化模式。1093個(gè)鉚釘連接裝配體的仿真分析，驗(yàn)證了分步優(yōu)化的效率和可行性。結(jié)果表明:鉚釘鐓粗方向和裝配順序均是全局誤差的主要影響因素;所提方法可以有效地優(yōu)化數(shù)千鉚釘連接裝配體的具體工藝參數(shù);高效率的仿真計(jì)算應(yīng)優(yōu)先優(yōu)化鉚釘鐓粗方向。最終完成了48個(gè)鉚釘連接裝配體的工藝優(yōu)化仿真和試驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了方

9、法的優(yōu)化效果。
　　5.基于所提誤差算法和工藝優(yōu)化方法，以并行裝配體、天線部件等裝配體為對(duì)象，研究了定位誤差、結(jié)構(gòu)重力、鉚接工藝和臥立轉(zhuǎn)換約束對(duì)全局誤差和工藝優(yōu)化性能的作用規(guī)律。采用1093個(gè)鉚釘連接裝配體的工藝優(yōu)化結(jié)果和常規(guī)裝配工藝，完成了兩組試驗(yàn)件的現(xiàn)場(chǎng)裝配誤差測(cè)量。兩組試驗(yàn)件的誤差均方根在鉚接前后的改變量揭示出:優(yōu)化后的工藝參數(shù)可更多的抵消定位誤差所引起的均方根。同時(shí)從全文仿真試驗(yàn)結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)了在定位誤差、工藝參數(shù)、重力的作