CN105205292A - 一种仿真计算汽车分总成公差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿真计算汽车分总成公差的方法，包括步骤：S1、将汽车分总成的零件以及工装建立工件模型，并对各个零件的形状特征建立测量点及零件基准；S2、将各个零件按照装配顺序在所述工装上进行装配，并形成汽车分总成；S3、根据汽车分总成的标准工艺参数建立框架模型，并将汽车分总成安装到框架模型中；S4、在所述框架模型中、在各个所述零件的零件基准上对其测量点进行尺寸测量，并根据测量结果计算汽车分总成的公差。本发明所公开的方法，通过三维仿真软件对汽车分总成的零件以及工装进行建模，再进行仿真装配，最后在分总成框架模型上测量并计算公差，充分考虑了每个链环的公差装配后的定位、公差等因素，使其更加符合生产制造标准。

Description

一种仿真计算汽车分总成公差的方法

技术领域

本发明涉及车辆工程及生产工艺技术领域，特别涉及一种仿真计算汽车分总成公差的方法。

背景技术

随着中国机械工业的发展，作为其支柱产业的汽车工业已日臻成熟。

汽车上的零件成千上万，机构与系统也是多种多样，比如曲柄连杆机构、起动系统等。为了保证汽车整车质量，汽车上的每一个零件都需要保证制造精度，同时总成、机构或系统的零件装配完成后也许保证尺寸链精度。

目前，现有技术中已经能够利用各种计算机仿真技术帮助尺寸工程师进行尺寸技术规范和功能尺寸的可行性分析。通过三维软件虚拟仿真汽车的装配，将装车的每个环节公差代入模型，进行上千次的模拟装配计算得出结果，其数据将按照公差贡献大小依次展现各链环的敏感度和有效公差，指导尺寸工程师进行尺寸链的优化。尺寸工程师对尺寸链的优化主要集中在GD&T(GeometricDimensioningandTolerancing，几何尺寸与公差)内容，通过参考行业内或各工厂化的内部标准完成单个零件的公差设计。

然而，单个零件的公差设计完备后，却并不一定能够符合生产制造标准——因为单个零件的公差设计并未考虑到汽车每个链环拼接成一个分总成时需要考虑满足的公差目标。现有技术中关于多个零件组装成一个或多个分总成的公差设计比较困难，目前主要借鉴以往经验，凭主观感受和大体评估完成分总成公差设计，如此经常导致分总成的公差设计不满足与其设计目标，同时也不利于生产的过程控制。

因此，如何设计多个零件组装成分总成的公差，使其符合生产制造标准，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿真计算汽车分总成公差的方法，能够仿真设计出多个零件组装成分总成后的公差，并使其符合生产制造标准。

为解决上述技术问题，本发明提供一种仿真计算汽车分总成公差的方法，包括步骤：S1、将汽车分总成的零件以及工装建立工件模型，并对各个所述零件的形状特征建立测量点以及零件基准；S2、将各个所述零件按照装配顺序在所述工装上进行装配，并形成汽车分总成模型；S3、根据汽车分总成的标准工艺参数建立框架模型，并将汽车分总成放置到所述框架模型中；S4、在所述框架模型中、在各个所述零件的零件基准上对其测量点进行尺寸测量，并根据测量结果计算汽车分总成的公差。

优选地，所述步骤S4之后还包括：

步骤S5、重复多次进行所述步骤S2、S3和步骤S4，并对获取的多个测量结果进行筛选处理，并根据筛选处理后的测量结果计算汽车分总成的公差。

优选地，在所述步骤S5中，对获取的多个测量结果进行筛选处理的方式包括：选取所有测量结果中位于±3σ范围内的数据。

优选地，在所述步骤S5中，对获取的多个测量结果进行筛选处理的方式还包括：将所有测量结果中关于孔特征的数据只保留最大值。

优选地，所述步骤S5之后还包括：

步骤S6、将汽车分总成的公差计算结果中小于装配前各个所述零件的公差的数据删除，并对各个所述零件的剩余数据进行平均处理，获取汽车分总成的公差。

优选地，在所述步骤S1中，所述零件的形状特征包括面特征，且所述面特征的测量方向为其法向量。

优选地，在所述步骤S1中，所述工装包括焊接夹具。

优选地，在所述步骤S3中，所述汽车分总成的标准工艺参数包括其几何尺寸及尺寸公差。

本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法，主要包括四个步骤，在步骤S1中，将汽车分总成的零件以及工装建立工件模型，并对各个零件的形状特征建立测量点以及零件基准；在步骤S2中，将各个零件按照装配顺序在工装上进行装配，并形成汽车分总成模型；在步骤S3中，根据汽车分总成的标准工艺参数建立框架模型，并将汽车分总成安装到框架模型中；在步骤S4中，在框架模型中、在各个所述零件的零件基准上对其测量点进行尺寸测量，并根据测量结果计算汽车分总成的公差。本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法，主要通过三维仿真软件模拟搭建模型，虚拟装配后模拟实物测量。首先，将组成汽车分总成的各个零件以及后续步骤中装配各个零件时需要用到的工装在三维仿真软件里仿真建模，同时由于在后续步骤中需要对装配完成后的各个零件进行测量，因此在步骤中还需利用软件手动对各个零件根据其形状特征建立测量点和零件基准，以便后续步骤中以该零件基准为标准对其测量点进行测量。然后，在通过三维仿真软件将各个零件以及工装模拟出来后，即可对所有零件进行虚拟装配，现实生产过程中零件进行装配时需要用到工装，因此在本步骤中，将各个零件装配到建模出的工装上，然后按照实际装配顺序将各个零件进行装配，形成汽车分总成模型。之后，在汽车分总成模型形成之后，即可根据汽车分总成的标准工艺参数建立一个框架模型，该框架模型实为各个零件装配后的所形成的汽车分总成的理论完美状态，然后将该汽车分总成模型安装到框架模型中，以便在框架模型中进行测量。最后，即可在框架模型中对各个零件的特征值进行尺寸测量，主要以其零件基准为标准，对其测量点进行尺寸测量，如此所有零件的特征尺寸都被测量出之后即可得出汽车分总成的公差。综上所述，本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法，能够通过三维仿真软件对汽车分总成的各个零件以及工装进行建模，然后模拟实际装配过程，之后仿真测量出装配后形成的汽车分总成的公差。期间，由于模拟了各个零件的实际装配过程，因此本发明充分考虑了每个链环的公差装配后的定位、公差、工序、工装等因素，设计出汽车分总成的公差，使其更加符合生产制造标准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法的流程图。

本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法，主要包括4个步骤。步骤S1为：将汽车分总成的零件以及工装建立工件模型，并对各个零件的形状特征建立测量点及零件基准。具体地，一般可通过三维仿真软件(如CATIA、UG等)对汽车分总成的各个零件进行虚拟建模，其建模尺寸的具体参数可参照各个零件的GD&T图纸内容，按照比例为1:1等方式虚拟建模。各个零件建模完成后，即可对各种工装进行建模，其建模尺寸的具体参数同样可参照工装的GD&T图纸内容，其建模比例应该和零件的建模比例相匹配。另外，当各个零件的虚拟建模完成后，即可对每个零件建立测量点以及零件基准，便于在后续步骤中对其进行测量。由于每个零件的形状各异，因此其测量点测量方向都各不相同。比如，在某些零件中具有面特征，那么其测量方向即为其法向量，或者与其法向量最接近的X、Y、Z方向；而某些零件中具有孔特征，那么其测量点评价方向必须同时为其X、Y、Z三个方向。总之，各个零件的测量的评价方向的建立，需要根据其形状特征而定。另外，本步骤所建模的工装，根据汽车分总成实际装配工艺，一般可为焊接夹具。当然，根据汽车分总成的种类不同，其工装类型自然也不同，但总是与实际装配工艺所使用的工装相匹配。

当所有零件和工装都虚拟建模完成后，即可进行步骤S2：将各个零件按照装配顺序在工装上进行装配，并形成汽车分总成模型。具体地，各个零件在进行装配时，需要按照实际装配工艺的装配顺序进行装配。当然，在装配时需要将零件安装到工装上才可进行，而各个零件与其相匹配的工装的安装方式也同样参考实际装配工艺时的安装方式，通过三维仿真软件模拟装配。而当所有零件均安装到工装上后，即可完成装配，并形成汽车分总成模型。

在零件装配成汽车分总成模型之后，即可进行步骤S3：根据汽车分总成的标准工艺参数建立框架模型，并将汽车分总成模型安装到框架模型中。具体地，该框架模型也可通过三维仿真软件建模，其建模尺寸等信息可参照汽车分总成的标准工艺参数，比如其几何尺寸和尺寸公差，或者还可以同时参照形位公差、位置公差等参数，其标准工艺参数可参考汽车分总成的GD&T定位信息。如此建模出的框架模型即为汽车分总成理论上完美装配后的形状，当然，实际装配后或者通过软件仿真装配后的汽车分总成模型总是与该框架模型存在差距的，该差距的上下限距离即为汽车分总成的公差。框架模型建立完成后，即可将汽车分总成模型安装到框架模型中，便于后续步骤中的测量操作，一般可将汽车分总成模型与该框架模型同心设置，如此不仅便于测量，还便于测量结果的计算。或者在框架模型下面建立与汽车分总成模型的基准面对应的支持面、或者与主副定位孔对应的定位销等，然后通过虚拟装配将汽车分总成的基准面与分总成框架模型的支持面装配、定位孔装配到对应的定位销装配到一起。

在汽车分总成模型安装到框架模型中之后，即可进行步骤S4：在框架模型中、在各个所述零件的零件基准上对其测量点进行尺寸测量，并根据测量结果计算汽车分总成的公差。具体地，对各个零件的测量其实并不需要对其每一个形状特征都进行测量，因为零件装配为分总成后某些尺寸特征便可以忽略，只需根据分总成的GD&T图纸内容中需要标注的公差信息对分总成的相关零件的部分特征进行测量即可。当各个零件的尺寸测量完成后，即可根据测量结果计算汽车分总成的公差。

综上所述，本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法，主要通过三维仿真软件模拟搭建模型，虚拟装配后模拟实物测量。首先，将组成汽车分总成的各个零件以及后续步骤中装配各个零件时需要用到的工装在三维仿真软件里仿真建模，同时由于在后续步骤中需要对装配完成后的各个零件进行测量，因此在步骤中还需利用软件手动对各个零件根据其形状特征建立测量点和零件基准，以便后续步骤中以该零件基准为标准对其测量点进行测量。然后，在通过三维仿真软件将各个零件以及工装模拟出来后，即可对所有零件进行虚拟装配，现实生产过程中零件进行装配时需要用到工装，因此在本步骤中，将各个零件装配到建模出的工装上，然后按照实际装配顺序将各个零件进行装配，形成汽车分总成模型。而在汽车分总成模型形成之后，即可根据汽车分总成的标准工艺参数建立一个框架模型，该框架模型实为各个零件装配后的所形成的汽车分总成的理论完美状态，并将汽车分总成模型安装到框架模型中，以便在框架模型中对汽车分总成模型进行测量。最后，即可在框架模型中对各个零件的特征值进行尺寸测量，以零件基准为标准，对其测量点进行尺寸测量，如此所有零件的特征尺寸都被测量出之后，与框架模型的标准尺寸进行对比即可得出汽车分总成的公差。因此，本发明所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法，能够通过三维仿真软件对汽车分总成的各个零件以及工装进行建模，然后模拟实际装配过程，之后仿真测量出装配后形成的汽车分总成的公差。期间，由于模拟了各个零件的实际装配过程，因此本发明充分考虑了每个链环的公差装配后的定位、公差、工序、工装等因素，设计出汽车分总成的公差，使其更加符合生产制造标准。

此外，本实施例所提供的仿真计算汽车分总成公差的方法还包括步骤S5，该步骤紧接着步骤S4之后进行，即重复多次进行步骤S2、S3和S4，如此将会重复多次地对各个零件进行装配和测量，并且每装配一次就测量一次，如此更加符合实际生产工艺的装配过程，获得的数据准确性更高。为了获得更加精确的数据，步骤S5中的重复次数可达5000次，即每一个零件都能获得5000个数据，如此多的数据，公差的计算量必然是庞大的，因此，还可以对获得的数据进行筛选，之后即可只对筛选出的优秀数据进行公差计算，减少运算量的同时提高了结果准确性。

此处优选地，在步骤S5中，对测量结果的数据进行筛选处理的方式为：选取所有测量测量结果中位于±3σ(正负3个标准差)范围内的数据，而在该范围外的数据，由于太离散，其参考价值不高，因此可以舍去。当然，对测量结果进行筛选的处理方式并不局限于上述方式，其余比如选取位于±1σ、±2σ等范围内的数据也可以采用。

另外，由于汽车分总成的零件中多种多样，必然有一些零件上包含有孔特征，而对于孔特征的数据筛选比较特殊，在所有测量结果中关于孔特征的数据只需保留最大值即可。

进一步的，在步骤S5之后还可以继续进行步骤S6：将汽车分总成的公差计算结果中小于装配前各个零件的公差的数据删除，并对各个零件的剩余数据进行平均处理，获取汽车分总成的公差。具体地，由于仿真计算汽车分总成的公差时，需要考虑到各个链环拼接成一体时的累积误差，因此实际生产装配时，装配后的汽车分总成的各个零件的公差值必然要大于装配之前的各个零件的公差值，因此，为了提高计算结果的准确性，在此步骤中将大于装配前各个零件的公差的无效数据删除。之后，再对剩下的多个有效公差数据进行平均处理，获取最接近于真实值的汽车分总成的公差值。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、将汽车分总成的零件以及工装建立工件模型，并对各个所述零件的形状特征建立测量点以及零件基准；

S2、将各个所述零件按照装配顺序在所述工装上进行装配，并形成汽车分总成模型；

S3、根据汽车分总成的标准工艺参数建立框架模型，并将所述汽车分总成模型安装到所述框架模型中；

S4、在所述框架模型中、在各个所述零件的零件基准上对其测量点进行尺寸测量，并根据测量结果计算汽车分总成公差。

2.根据权利要求1所述的仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括：

步骤S5、重复多次进行所述步骤S2、S3和步骤S4，并对获取的多个测量结果进行筛选处理，并根据筛选处理后的测量结果计算汽车分总成的公差。

3.根据权利要求2所述的仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，对获取的多个测量结果进行筛选处理的方式包括：选取所有测量结果中位于±3σ范围内的数据。

4.根据权利要求3所述的仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，对获取的多个测量结果进行筛选处理的方式还包括：将所有测量结果中关于孔特征的数据只保留最大值。

5.根据权利要求4所述的仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，所述步骤S5之后还包括：

步骤S6、将汽车分总成的公差计算结果中小于装配前各个所述零件的公差的数据删除，并对各个所述零件的剩余数据进行平均处理，获取汽车分总成的公差。

6.根据权利要求1所述的仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述零件的形状特征包括面特征，且所述面特征的测量方向为其法向量。

7.根据权利要求6所述的仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述工装包括焊接夹具。

8.根据权利要求1所述的仿真计算汽车分总成公差的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述汽车分总成的标准工艺参数包括其几何尺寸及尺寸公差。