论文总字数：29490字

摘 要

在机械生产过程中，装配精度将直接影响到最终产品的质量和性能。为了预测装配精度值，要对装配偏差的积累过程进行研究。本文研究了装配精度的预测方法，对装配偏差的误差源以及装配偏差的传递过程进行了研究，主要研究内容包括以下几个方面。

首先，装配精度预测的基础是对装配误差源的分析，论文首先对装配误差源进行了整理分类，并选择了基于小位移旋量的方法来描述误差源。误差源存在于装配过程中的各个环节，为了装配精度的预测，创建了误差传递矩阵来计算各工序对装配精度的影响。

然后，使用状态空间法来创建装配精度预测模型，在这个过程中研究了几种公差分析方法并作了优劣对比，着重分析了蒙特卡洛法在实际装配过程中的意义，使用蒙特卡洛法在大批量的生产过程中，可以以较高的精度预测实际产品的偏差分布情况。

其次，基于实测模型的测量数据和装配精度预测模型的结论进行对比，从而验证了基于状态空间法的装配精度预测模型具有合理的计算准确性。最后，为了降低计算环节的工作量，提高装配精度预测的效率，基于MATLAB开发了GUI用户交互界面，来完成数据的输入和偏差预测结果的输出，以幅值完成装配精度预测的工作。

通过本文装配精度预测“理论建模-实际测量-反馈验证”的技术链路研究，借助MATLAB GUI图形用户交互界面的开发，提高了装配精度预测的效率，为装配精度预测提供了基础理论支撑与现场实测数据指导，本文研究在工程应用方面具有一定的借鉴指导意义。

关键词：装配精度预测；状态空间法；蒙特卡洛法；实测模型；MATLAB GUI

ABSTRACT

In the process of mechanical production, assembly accuracy will directly affect the quality and performance of the final product. In order to predict assembly accuracy, the accumulation process of assembly deviation should be studied. In this paper, the prediction method of assembly accuracy is studied. The error sources of assembly deviation and the transmission process of assembly deviation are studied. The main research contents include the following aspects.

Firstly, the basis of assembly accuracy prediction is the analysis of assembly error sources. Firstly, the assembly error sources are sorted out and classified, and the method based on small displacement screw is selected to describe the error sources. Error source exists in every link of assembly process. In order to predict assembly accuracy, error transfer matrix is created to calculate the influence of each process on assembly accuracy.

Then, the state space method is used to create the assembly accuracy prediction model. In this process, several tolerance analysis methods are studied and compared. The significance of the Monte Carlo method in the actual assembly process is emphatically analyzed. The Monte Carlo method can predict the deviation distribution of the actual product with high accuracy in the mass production process.

Secondly, the measurement data based on the measured model are compared with the conclusions of the assembly accuracy prediction model, which verifies that the assembly accuracy prediction model based on the state space method has reasonable calculation accuracy. Finally, in order to reduce the workload of calculation and improve the efficiency of assembly accuracy prediction, the graphical user interface (GUI) is developed based on MATLAB to complete the input of data and the output of deviation prediction results, and to complete the prediction of assembly accuracy with the magnitude.

Through the research on the technology link of "theoretical modeling-practical measurement-feedback verification" of assembly accuracy prediction in this paper, the efficiency of assembly accuracy prediction is improved by the development of graphical user interface of MATLAB GUI, which provides basic theoretical support and field measurement data guidance for assembly accuracy prediction. The research in this paper has certain reference and guiding significance in Engineering application.

KEY WORDS: assembly precision prediction; state space method; Monte Carlo method; actual measurement model; MATLAB GUI

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.1.1课题来源 1

1.1.2课题意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3主要研究内容 3

1.4论文结构 4

第二章 机械产品装配过程误差源分析 6

2.1引言 6

2.2偏差的表达 6

2.2.1基于尺寸链的偏差表达方法 6

2.2.2基于小位移旋量的偏差表达方法 6

2.3偏差的传递 7

2.3.1关键特征选取 7

2.3.2偏差传递矩阵 8

2.3.3两种偏差传递类型 9

2.4小结 10

第三章 基于状态空间法的装配偏差预测模型 11

3.1引言 11

3.2基于状态空间法的误差传递模型 11

3.2.1状态空间法简介 11

3.2.2基于状态空间法的误差传递模型 11

3.3公差分析方法的选择 12

3.3.1完全互换法 12

3.3.2大数互换法 12

3.3.3蒙特卡洛法 13

3.2.4基于蒙特卡洛法的状态空间误差传递模型的建立 13

3.4实例分析 13

3.4.1实例描述 14

3.4.2状态空间误差传递模型的建立 15

3.5小结 19

第四章 实测模型的数据采集与对比分析 20

4.1引言 20

4.1.1硬件准备 20

4.1.2软件准备 21

4.2实测模型说明 21

4.2.1实测模型简介 21

4.2.2实测流程设计 22

4.3数学模型验证 22

4.3.1建立全局基准坐标系 23

4.3.2关键特征点的选取 23

4.3.3小位移旋量误差矢量选取 23

4.3.4装配偏差预测计算 24

4.4实测过程简介 24

4.4.1基准坐标系的建立 24

4.4.2取点并创建平面 25

4.4.3对数据进行计算分析 26

4.5小结 26

第五章 基于MATLAB的装配精度预测原型系统开发 27

5.1引言 27

5.2MATLAB GUI功能简介 27

5.3设计目标 27

5.3.1数据输入功能 28

5.3.2数据输出功能 29

5.4实例演示 30

5.4.1数据准备 30

5.4.2数据输入功能效果展示 32

5.4.3数据输出功能效果展示 33

5.5小结 34

第六章 总结与展望 35

6.1文章总结 35

6.2工作展望 35

参考文献 37

致 谢 39

第一章 绪论

1.1课题背景

1.1.1课题来源

在机械生产过程中，装配是机械制造的最后一个环节，装配工艺将直接影响到最终产品的质量和性能。为了保证产品的工作性能，在机械产品设计阶段需要完成装配精度预测的工作，从而计算设计方案的在实际生产过程中的可行性，并且根据装配精度预测结果对设计方案进行修改。因此，对装配精度预测方法的研究是有必要的，在实际生产过程中具有重大的意义。同时，装配精度预测模型的建立，同样为装配精度优化等后续工作提供了帮助。为了验证装配精度预测模型的可行性，需要进行基于实测模型的产品装配偏差预测分析与实验研究，通过测量获得的实测模型偏差值和由装配精度预测模型获得的计算值两种数据的对比，来验证装配精度预测模型在实际产品中具有的作用。而理论技术在生产中的应用，还需要进行相应的计算机辅助设计软件的开发，来提高装配精度预测在实际生产中的效率。

本选题以课题组纵向项目为依托，以实验室搭建的装配模拟仿真平台为基础，分析研究基于实测模型的产品装配偏差传递机理，并以此实验平台为研究对象进行本论文的研究工作。

1.1.2课题意义

装配是将零部件按照工艺要求和相关规定连接起来，从而组装成为机器的过程。机械装配是机械生产的最后一个步骤，包括安装、调试和检验等过程。而为了使产品具有正常的工作性能，必须保证其精度。在实际的生产中，即使保证了零件具有很高的加工精度，由于装配技术不高，装配后的产品也往往无法满足正常工作的要求。长期以来机械加工与装配技术发展不平衡的现状，已经成了制造业发展的一大约束。目前，工作人员缺乏高精度的手段来控制装配精度，产品的精度无法得到保证。装配误差预测分析技术则是通过零件的精度与装配关系，来计算装配误差，进而指导生产过程，保证产品的精度和可靠性。因此，装配误差预测分析在工程应用中具有非常重要的意义。

1.2国内外研究现状

装配偏差预测技术在机械生产过程中具有重要的作用，因此今年来国内外很多学者都对此进行了研究，为装配偏差预测技术的发展做出了巨大的贡献。

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