一种关于装配公差的优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种关于装配公差的优化设计方法，根据装配公差链，确定尺寸公差；确定装配公差的约束条件；确定形位公差的类型和范围；确定以装配体的最小加工成本为优化目标，建立装配公差优化的目标函数；该函数经过下述过程计算得出，设定机械装配体的零件表示函数；确定机械装配体的总加工成本表示函数；确定装配体中每个零件的加工成本函数；确定装配特征的加工成本函数；得出装配体的总加工成本-公差函数；得出装配公差优化的目标函数。本发明专利技术以最小加工成本为目标，分别以加工能力、加工成本或加工经济精度为约束条件所获得的优化公差，能够满足产品的装配功能需求，符合机械加工的约束条件，可以获得良好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，根据装配公差链，确定尺寸公差；确定装配公差的约束条件；确定形位公差的类型和范围；确定以装配体的最小加工成本为优化目标，建立装配公差优化的目标函数；该函数经过下述过程计算得出，设定机械装配体的零件表示函数；确定机械装配体的总加工成本表示函数；确定装配体中每个零件的加工成本函数；确定装配特征的加工成本函数；得出装配体的总加工成本-公差函数；得出装配公差优化的目标函数。本专利技术以最小加工成本为目标，分别以加工能力、加工成本或加工经济精度为约束条件所获得的优化公差，能够满足产品的装配功能需求，符合机械加工的约束条件，可以获得良好的经济效益。【专利说明】
本专利技术涉及一种机械装配公差的优化设计方法，尤其涉及。
技术介绍
现有技术中零部件的装配尺寸公差和形位公差，一般是根据产品的使用性能需求、装配功能需求、质量保障、加工材料、生产条件、制造成本以及相应的国家、行业或者企业标准来确定的。在设计阶段，如何正确、合理的选用装配公差值是必须综合考虑的一个设计问题，它对保障产品的装配及使用性能，提高产品质量，降低制造成本等都具有重要的意义。在影响零件加工成本的因素中，公差起着非常重要的作用。零件的设计公差越小，越能保障其装配功能需求，但是加工成本也随之增大。当精度提高到一定程度时，加工成本会急剧增大。如何在满足装配功能需求的情况下，设计出合理的装配特征公差值，以获得最低的加工成本，是设计产品时必须关注的一个问题。影响加工成本与公差关系的因素很多，难以用一个统一的数学模型来精确地描述所有特征的加工成本与公差的关系。例如，特征类型、加工设备、装卡方法、加工工艺、操作者、生产批量等因素，只要其中的一个或者若干个发生变化，加工成本与公差的关系就会不同。许多成本-公差模型侧重于尺寸公差的研究，但是，制造成本还同时受到形状公差和位置公差的影响，只有将三者综合考虑建立的模型，才更接近于实际情况。本专利技术以最小加工成本为优化目标，综合考虑尺寸公差和形位公差，建立一个新的成本-公差模型。依据形位公差和尺寸公差的对应关系建立遗传算法的约束条件，实现尺寸公差和形位公差的综合设计，对公差与加工成本进行建模是公差优化设计中的一项重要内容。公差优化是一个多参数的优化设计问题，遗传算法以其全局搜索能力，较强的鲁棒性和计算的并行性在其中显示出了强大的应用潜力。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，用以克服上述技术缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供，该过程为:步骤a，根据装配公差链，确定尺寸公差；步骤b，确定装配公差的约束条件；步骤C，确定形位公差的类型和范围；步骤d，确定以装配体的最小加工成本为优化目标，建立装配公差优化的目标函数；该函数如下式所述为:【权利要求】1.，其特征在于，该过程为: 步骤a，根据装配公差链，确定尺寸公差； 步骤b，确定装配公差的约束条件； 步骤C，确定形位公差的类型和范围； 步骤d，确定以装配体的最小加工成本为优化目标，建立装配公差优化的目标函数； 该函数如下式所述为: 2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的装配公差优化设计方法，其特征在于，所述步骤e中采用个体的总加工成本的倒数构造其适应度函数，具体如下式所示， 3.根据权利要求1或2所述的基于遗传算法的装配公差优化设计方法，其特征在于，所述步骤f中选用适应值比例选择算子进行计算，其中，比例选择算子的具体执行过程是: fl.计算群体中所有个体的适应度值； f2.对所有个体的适应度值求和； f3.计算个体的相对适应度，即个体被遗传到下一代的选择概率； f4.使用模拟赌轮操作(即O和1之间的随机数)确定各个个体被选中的次数。4.根据权利要求3所述的基于遗传算法的装配公差优化设计方法，其特征在于，其中个体的选择概率计算公式如下所示: 5.根据权利要求1或2所述的基于遗传算法的装配公差优化设计方法，其特征在于，所述步骤g中的运行参数包括种群大小M、终止进化代数T、交叉概率P。、变异概率Pm ； M取值范围为20~100 ； T取为100~500 ； Pc的取值范围为0.4~0.99;Pm 取为 0.0001 ~0.1。【文档编号】G06Q10/04GK103903060SQ201310756985【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日 【专利技术者】张毅, 谢永辉 申请人:西京学院本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种关于装配公差的优化设计方法，其特征在于，该过程为：步骤a，根据装配公差链，确定尺寸公差；步骤b，确定装配公差的约束条件；步骤c，确定形位公差的类型和范围；步骤d，确定以装配体的最小加工成本为优化目标，建立装配公差优化的目标函数；该函数如下式所述为：min{CMA}=min{Σi=1nΣj=1m[Σa=1gCTDa(fij)+Σb=1hCTFb(fij)+Σc=1sCTPc(fij)]}---(1)]]>式中，CMA为装配体MA的总加工成本函数；为特征的第a个尺寸公差的加工成本‑公差函数；为特征的第b个形状公差的加工成本‑公差函数；为特征的第c个位置公差的加工成本‑公差函数；g为特征的尺寸公差总数；h为特征的形状公差总数；s为特征的位置公差总数；该函数经过下述过程计算得出，步骤d1，设定机械装配体的零件表示函数；给定一个机械装配体如下述公式所示：MAΣ=Σi=1nPi=SP(P1,P2,···,Pi,·&CenterDot;·,Pn)---(2)]]>式中：MA∑——表示机械装配体；Pi——组成装配体MA的第i个零件；n——组成装配体MA的零件总数。步骤d2，确定机械装配体的总加工成本表示函数；装配体的总加工成本如下所示：CMA=Σi=1nC(Pi)(i=1,···,n)---(3)]]>式中：CMA——装配体MA的总加工成本函数；C(Pi)——装配体MA中零件Pi的加工成本函数。步骤d3，确定装配体中每个零件的加工成本函数；零件的加工成本如下所示：C(Pi)=Σj=1mC(fij)---(4)]]>式中：——零件Pi的第j个装配特征；——零件Pi的第j个装配特征的加工成本函数；m——零件Pi的装配特征总数。步骤d4，确定装配特征的加工成本函数；如下所示：C(fij)=Σa=1gCTDa(fij)+Σb=1hCTFb(fij)+Σc=1sCTPc(fij)---(5)]]>式中：——特征的第a个尺寸公差的加工成本‑公差函数；——特征的第b个形状公差的加工成本—公差函数；——特征的第c个位置公差的加工成本‑公差函数；g——特征的尺寸公差总数；h——特征的形状公差总数；s——特征的位置公差总数。步骤d5，综合公式(3)～(5)，得出装配体的总加工成本‑公差函数可表示如下：CMA=Σi=1nΣj=1m[Σa=1gCTDa(fij)+Σb=1hCTFb(fij)+Σc=1sCTPc(fij)]---(6)]]>根据上述公式(6)得出装配公差优化的目标函数；步骤e，将公差类型信息附加到VGC网络，得到装配体的公差网络，选择确定各装配特征的尺寸公差及几何公差的取值范围；步骤f，采用多参数级联编码的方法进行遗传编码；将各个尺寸公差和形位公差以二进制编码方法进行编码，然后将这些编码按照一定顺序连接在一起组成表示全部参数的二进制串染色体；根据GB/T1800.3‑1998标准公差数值和GB/T1184‑1996形位公差数值，确定尺寸和形位公差要求的精度是小数点后4位，公差决策变量T∈[TL，TU]应该被分成至少(TU‑TL)×104个部分，其二进制串位数(用mj表示)可以用以下公式计算：2mj-1<(TU-TL)×104≤2mj-1]]>则染色体的编码串长度为：L=Σi=1nli]]>其中，L——染色体的编码串长度；li——公差变量的编码长度；n——尺寸和形位公差变量的总数；精确到小数点后四位的尺寸和形位公差变量的最大二进制串编码长度为14位。采用等长编码技术，每一个公差变量的编码长度定为14位，则一个具有n个公差参数的染色体长度可以表示为：L=Σi=1nli=14n]]>在进行编码时，每个公差参数可以具有不同的取值范围，采用等长编码技术，则每个参数具有不同的编码精度。设某一公差的取值范围为[TL，TU]，用14位二进制编码符号来表示该公差，则可以生成214种不同的编码，编码精度(或编码长度)为：δ=TL-TU214-1]]>对于给定的公差变量二进制编码染色体：a11,a21,···,a141,a12,a22,···,a142,···,a1j,a2j...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，谢永辉，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61