尺寸传递及容差分配(版)

1、1/49第三章第三章 飞机制造中的尺寸飞机制造中的尺寸传递及容差分配传递及容差分配2/49 飞机批量生产要求其结构零、组、部件具有飞机批量生产要求其结构零、组、部件具有一定一定的的互换性互换性和和严格严格的的协调性协调性。 互换性是产品相互配合部分的结构属性，它指同名互换性是产品相互配合部分的结构属性，它指同名零、组、部件在几何尺寸、形位参数和物理、机械性能零、组、部件在几何尺寸、形位参数和物理、机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。 协调性指有协调关系（配合、对应关系等）的几何协调性指有协调关系（配合、对应关系等）的几何尺寸、形位参数都能兼容而具有的一致

2、性。尺寸、形位参数都能兼容而具有的一致性。3/49按独立制造原则进行协调按独立制造原则进行协调按相互联系原则进行协调按相互联系原则进行协调按相互修配原则进行协调按相互修配原则进行协调4/49 从保证飞机产品几何准确度的角度看，产品的制造从保证飞机产品几何准确度的角度看，产品的制造过程就是将产品图样上的理论尺寸以最小的误差传递到过程就是将产品图样上的理论尺寸以最小的误差传递到产品上去的过程。产品上去的过程。传统的飞机制造模式中，飞机零件大传统的飞机制造模式中，飞机零件大多为钣金件，不能用一般的机械加工方法来制造，而是多为钣金件，不能用一般的机械加工方法来制造，而是利用大量的标准和专用的工艺装备来

3、制造，这些工艺装利用大量的标准和专用的工艺装备来制造，这些工艺装备能以实物模拟量体现产品的尺寸和形状。在将这些零备能以实物模拟量体现产品的尺寸和形状。在将这些零件装配成组合件和部件时，其装配准确度和互换性的保件装配成组合件和部件时，其装配准确度和互换性的保证方法也不能像一般机械产品那样靠零件的制造准确度证方法也不能像一般机械产品那样靠零件的制造准确度本身来保证，而必须要以上述装配工艺装备来保证。本身来保证，而必须要以上述装配工艺装备来保证。 5/496/49按相互修配原则进行协调按相互修配原则进行协调 采用相互采用相互修配原则进行修配原则进行协调时，协调协调时，协调准确度仅决定准确度仅决定于将

4、于将A零件的零件的尺寸传递给尺寸传递给B零件时这一环零件时这一环节的准确度。节的准确度。 7/49该协调方法应用独立制造原则，通过建立统一的精确的飞机几何数据库，将该协调方法应用独立制造原则，通过建立统一的精确的飞机几何数据库，将飞机外形和内部结构的几何信息直接传递给数控设备，进行飞机零件和工艺飞机外形和内部结构的几何信息直接传递给数控设备，进行飞机零件和工艺装备的数控加工。与传统的模线样板一标准样件工作法协调方法相比可以省装备的数控加工。与传统的模线样板一标准样件工作法协调方法相比可以省掉许多样板和标准工艺装备。掉许多样板和标准工艺装备。飞机外形的数模为基础的协调系统原理飞机外形的数模为基础

5、的协调系统原理8/49数字化协调方法的特点数字化协调方法的特点 1在设计方面，用计算机建立飞机外形和部分内部结构的在设计方面，用计算机建立飞机外形和部分内部结构的精确几何模型，并将其作为应用于飞机制造过程中各个环节精确几何模型，并将其作为应用于飞机制造过程中各个环节统一的几何数据库，成为飞机制造的原始依据。通过数控绘统一的几何数据库，成为飞机制造的原始依据。通过数控绘图机绘制理论模线、结构模线和飞机生产图纸，大大提高了图机绘制理论模线、结构模线和飞机生产图纸，大大提高了绘图质量和效率。绘图质量和效率。 2在工艺装备制造方面，对于形状和协调关系复杂的组合在工艺装备制造方面，对于形状和协调关系复杂

6、的组合件和标准样件、装配型架上内形板和外形卡板等，可以采用件和标准样件、装配型架上内形板和外形卡板等，可以采用数控加工和数控测量技术。对于工艺装备数控加工所需的形数控加工和数控测量技术。对于工艺装备数控加工所需的形状和尺寸，可以直接从飞机的几何数据库中提取，而不再需状和尺寸，可以直接从飞机的几何数据库中提取，而不再需要经过模线和样板等尺寸传递过程。这样可以大大提高工艺要经过模线和样板等尺寸传递过程。这样可以大大提高工艺装备的制造准确度和协调准确度，提高加工效率，缩短生产装备的制造准确度和协调准确度，提高加工效率，缩短生产准备周期。准备周期。 3在零件制造方面，对于现代飞机广泛采用的整体结构件，

7、在零件制造方面，对于现代飞机广泛采用的整体结构件，包括整体框、整体肋、整体梁和整体壁板等，由于采用了数包括整体框、整体肋、整体梁和整体壁板等，由于采用了数控加工和数控测量，可以减少尺寸传递的许多中间环节。控加工和数控测量，可以减少尺寸传递的许多中间环节。9/49数字化环境下计算机辅助数字化环境下计算机辅助飞机制造容差设计技术飞机制造容差设计技术10/491. 公差设计与产品设计公差设计与产品设计 公差是机械工业中一项重要基础标准，它规公差是机械工业中一项重要基础标准，它规定了零件尺寸、几何形状允许的变动范围，定了零件尺寸、几何形状允许的变动范围，是保证零部件互换与配套、组织专业化生产是保证零部

8、件互换与配套、组织专业化生产不可缺少的技术措施。不可缺少的技术措施。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景11/49公差设计是产品设计中不可缺少的重要组成公差设计是产品设计中不可缺少的重要组成部分，是连接产品设计、工艺、制造、装配部分，是连接产品设计、工艺、制造、装配各环节的桥梁。合理的公差设计是保证产品各环节的桥梁。合理的公差设计是保证产品设计功能实现和降低产品研制成本的关键因设计功能实现和降低产品研制成本的关键因素和必要手段。素和必要手段。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景12/49 公差设计结果不但影响产品的精度，也影响到产公差设计结果不但影响产品的精度，也影

9、响到产品的加工成本，而公差设计涉及的因素较多（工具能品的加工成本，而公差设计涉及的因素较多（工具能力、技术水平、经济性等），如何合理分配组成产品力、技术水平、经济性等），如何合理分配组成产品的各零件、组件的公差是一个复杂的问题。的各零件、组件的公差是一个复杂的问题。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景13/49公差选用一般原则公差选用一般原则：充分满足使用要求的前提下，考虑工：充分满足使用要求的前提下，考虑工艺的可能性，尽量选用精度较低的公差等级。艺的可能性，尽量选用精度较低的公差等级。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景14/49如今，以如今，以CAD/CAM为代

10、表的数字化技术在传统机械为代表的数字化技术在传统机械制造领域引发了深刻的革命。国内外关于计算机辅助制造领域引发了深刻的革命。国内外关于计算机辅助公差设计已开展多年研究并取得了丰富成果，并在传公差设计已开展多年研究并取得了丰富成果，并在传统机械产品制造中取得了初步应用，但尚未达到完全统机械产品制造中取得了初步应用，但尚未达到完全实用的程度。与实用的程度。与CAD/CAM技术对制造业的深远影响技术对制造业的深远影响相比，作为机械产品设计和制造过程中一项重要内容相比，作为机械产品设计和制造过程中一项重要内容的公差设计，还远远滞后于数字化技术的整体发展水的公差设计，还远远滞后于数字化技术的整体发展水平

11、，成为平，成为CAD/CAM集成中凾待解决的关键问题。集成中凾待解决的关键问题。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景15/49 另一方面，现代并行工程方法要求综合考虑产品另一方面，现代并行工程方法要求综合考虑产品全生命周期内各阶段的因素（如功能、制造、装配、全生命周期内各阶段的因素（如功能、制造、装配、作业调度、质量、成本、维护与用户需求等等），综作业调度、质量、成本、维护与用户需求等等），综合考虑各相关因素的影响，使后续环节中可能出现的合考虑各相关因素的影响，使后续环节中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现，并得到解决，从而问题在设计的早期阶段就被发现，并得到解决，从而使产品

12、在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、使产品在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、可维护性及回收再生等方面的特性，最大限度地减少可维护性及回收再生等方面的特性，最大限度地减少设计反复，缩短设计、生产准备和制造时间。设计反复，缩短设计、生产准备和制造时间。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景16/49 在并行工程环境中各个流程的集成，不仅强调系在并行工程环境中各个流程的集成，不仅强调系统内数据的共享与交换，还要求相互评价、相互协调统内数据的共享与交换，还要求相互评价、相互协调以实现并行设计，公差的并行设计及分析技术是以实现并行设计，公差的并行设计及分析技术是CAD/ CAM

13、/CAPP集成中的重要内容，又是它们相互集成中的重要内容，又是它们相互评价和协调的手段。因此，实现产品的计算机辅助公评价和协调的手段。因此，实现产品的计算机辅助公差设计对于开展数字化环境下的并行工程设计必不可差设计对于开展数字化环境下的并行工程设计必不可少。少。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景17/492. 计算机辅助公差技术计算机辅助公差技术 （Computer Aided TolerancingCAT）定义：就是在机械产品的设计、加工、装配、检测等定义：就是在机械产品的设计、加工、装配、检测等过程中，利用计算机对产品及其零部件的尺寸和公差过程中，利用计算机对产品及其零部件

14、的尺寸和公差进行并行优化和监控，争取以最低的成本，设计并制进行并行优化和监控，争取以最低的成本，设计并制造出满足用户精度要求的产品。造出满足用户精度要求的产品。相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景18/49几何形状、尺寸及其公差的计算机几何形状、尺寸及其公差的计算机表示表示 基本要求：完整性、兼容性、可计基本要求：完整性、兼容性、可计 算性、有效性算性、有效性公差分析公差分析 对包含零件公差与装配公差的装配模对包含零件公差与装配公差的装配模型进行分析，检验公差的合理性型进行分析，检验公差的合理性 极值法、概率法、极值法、概率法、Monte-Carlo法法 公差综合公差综合(公差分

15、配公差分配) 保证产品装配技术要求下确定尺寸保证产品装配技术要求下确定尺寸链各组成环经济的公差链各组成环经济的公差 加工成本模型、装配失效模型加工成本模型、装配失效模型 近似法、装配成功率法近似法、装配成功率法公差建模公差建模3. CAT主要研究内容主要研究内容相相 关关 技技 术与术与 研研 究究 背背 景景19/494. 飞机制造与容差分配飞机制造与容差分配在飞机制造中，常把工艺装备和产品零部件的在飞机制造中，常把工艺装备和产品零部件的尺寸和形位公差称为尺寸和形位公差称为工艺容差（简称容差），工艺容差（简称容差），它包括公差带中点值和公差带宽度。而制造部它包括公差带中点值和公差带宽度。而制造部门根据产品设计要求和生产条件确定