大量科研和生产实践表明,精密机械系统装配后的精度和性能与零部件的制造特性(主要包括尺寸误差、形状和位置误差、表面形貌特征、装配误差等)密切相关。因而,常常出现这样的现象:在各零部件的加工满足设计要求的情况下,装配后系统精度和性能达不到设计要求,造成成品率很低。究其原因,主要在于缺少针对零件“加工误差”对系统“装配误差”影响机理的相关理论,从而,无法建立反应零件“加工误差”与系统“装配误差”之间定量关系的有效模型。为此,本文作者查阅了大量“装配精度分析预测”相关文献,针对其中存在的问题进行了深入研究。最终,从研究零件形状误差分布规律入手,分别以精密高刚度机械系统和复合材料柔性层合板两类系统为研究对象,开展以加工误差和夹具位置误差为误差源的装配精度预测研究。主要研究内容如下:1.研究单个零件形状误差建模方法及多个零件形状误差分布统计规律。以平面特征为研究对象,采用一组新的基函数——离散余弦变换的核函数作为基函数,通过选择合适的系数对基函数进行线性叠加,从而完成单个零件形状误差模型的建立。根据形状误差特性,提出评价单个零件形状误差模型精度的评价指标。分别采用本文提出的建模方法和传统建模方法对一组铣削零件的形状误差进行建模,通过评价两个模型的精度,发现本文提出的建模方法比传统建模方法的建模精度高25%以上。对于相同工艺加工的一批零件,往往具有相似的形状误差分布规律。本文在建立单个零件形状误差模型的基础上,提出一种基于“主成分法”的形状误差统计性分布规律模型的建立方法,并提出相应的模型精度评价指标。通过建立一组铣削零件的形状误差统计性分布规律模型,说明本文提出方法的具体实现过程。本文提出的形状误差建模方法为后文建立带有形状误差的三维实体模型奠定了一定的理论基础。2.研究形状误差对精密高刚度零件装配精度的影响与装配精度预测。两个带有误差的平面接触往往只有几个点接触,本文首先提出一种确定接触点位置的方法。接下来,通过“理论分析验证法”和“有限元仿真法”验证上述确定接触点方法的有效性。在此基础上,通过采用小位移旋量表征零件形状误差,提出一种考虑形状误差的精密高刚度零件装配精度预测方法。该方法可用于预测精密高刚度零件装配精度,为指导装配工艺优化,提高装配质量提供理论支持。最后,以提出的装配精度预测方法为基础,通过定义功能需求域,提出一种确定产品成品率的方法。通过对比同一批零件在考虑形状误差和不考虑形状误差对装配精度影响两种情况下的产品成品率,从统计意义上说明考虑形状误差在实际生产中的重要意义。3.研究复合材料柔性层合板单工位装配精度预测方法。由于复合材料具有传统金属材料不具备的多种优良特性而在航空航天、船舶等领域被广泛采用,然而,复合材料结构在装配过程中的误差传递机理尚不明确。本文首先分析复合材料层合板单工位装配的误差源,包括零件的加工误差和夹具的位置误差。基于实际装配工艺过程和有限元法,推导零件加工误差和装配体装配误差之间的数学关系模型。通过齐次坐标变换和有限元法,提出在零件加工误差和夹具位置误差耦合作用下,如何计算零件总误差的方法。结合前面提出的数学关系模型,建立考虑零件加工误差和夹具位置误差的装配精度预测模型。以设计的一组复合材料柔性层合板单工位装配过程为例,说明如何使用本章提出的方法来进行装配精度预测,并采用蒙泰卡罗仿真方法验证本章提出的装配精度预测方法的有效性和准确性。该模型可用于预测复合材料柔性层合板单工位装配的装配精度,从而为预测多工位装配的装配精度奠定基础。4.研究复合材料柔性层合板多工位装配精度预测方法。在前一章研究复合材料柔性层合板单工位装配精度预测方法的基础上,本章分析复合材料柔性层合板多工位装配过程的装配精度预测方法。与单工位装配过程不同的是,多工位装配过程中还涉及子装配体从夹具上释放下来以及子装配体重定位两个装配步骤。因此,除了零件加工误差和夹具位置误差,还需考虑释放夹具过程中子装配体的变形量和子装配体重定位过程中引入的误差。本章分别采用有限单元法和几何空间距离计算法,分析上述两个装配步骤中引起的装配误差。再结合单工位装配过程的装配精度预测模型,提出基于状态空间模型的多工位装配过程装配精度预测模型。最后,以设计的一组复合材料层合板多工位装配过程为例,说明多工位装配的装配精度预测模型使用方法,并采用蒙泰卡罗仿真法对预测结果进行验证。该预测模型可用于预测复合材料柔性层合板多工位装配的装配精度,为进行装配误差源诊断和装配精度提高奠定基础,从而,有效地指导实际装配。5.研究精密机械系统装配精度影响因素分析与控制方法。在不依赖于提高零件加工精度和改善夹具位置精度的前提下,通过调整装配工艺参数值来优化系统的装配精度。本章涉及的装配工艺参数主要包括:零件配对组合形式,装配顺序,零件的装配位置。通过改变零件的配对组合形式、调整多个零件装配时零件的装配顺序以及旋转回转类零件的装配角度,对不同状态下的装配体精度进行仿真计算,根据计算结果确定最佳装配工艺参数值,用于指导实际装配。