人们对产品性能要求的不断提高必然带来对加工和装配精度的日益苛刻,而随着微小型精密机械系统的不断发展和应用,对各种三维复杂微小型零件的精密装配的需求越来越多。显然手工装配已经无法满足当今发展的需要,为了解放劳动力、提高产品的一致性和可靠性,实现产品的精密自动化装配已成为一种必然趋势。本文根据仪表零件的加工精度高、结构微小且复杂、尺寸跨度大、弱刚度等的特点,开展了高精度易变形零件无损夹持与精准装配对位技术的研究,并结合高精度位移调整技术、控制技术等设计了一台高精度的装配系统,具有十分重要的理论和现实意义。研究的主要内容如下:(1)阐述了本课题的研究目的和意义,对精密装配系统的国内外研究现状进行了总结分析,详细探讨了目前国内外典型的无损夹持器与装配对位技术。(2)主要研究了气囊内外胀紧的柔性夹持技术、真空吸附技术以及本体件快换快锁无损夹持技术,并分别设计了相应的夹持器。提出的内外胀紧的气囊夹持方法能够很好的解决弱刚度零件的夹持变形问题,内外同时胀紧可以使得零件在固定压强充气的情况下,应力和变形值相比单侧夹紧更小。经仿真分析,直径28mm的小刚度骨架类零件的特征面的变形值仅为1μm,仿真和实验验证了夹持器的侧向刚度为0.01N/μm,轴向刚度0.024N/μm。考虑微尺度的影响,建立了真空吸附夹持器夹持零件并运动的数学模型,保证零件可靠的吸附与释放。采用“两销一面”方法巧妙开发了本体快换快锁无损夹持器,采用弹簧自回位的方法夹紧本体件以及实现装配零件的临时固定,保证夹持力与固定力的恒定。经仿真分析,当夹持力为5N时,本体件的最大应力仅为1.971MPa,远远小于材料微屈服应力35MPa,满足无损夹持需求。(3)提出应用“同轴端面对位+内窥镜周向对位+微力实时监测”的方法全面实现零件的精准对位。同轴端面对位对于跨尺度零件,则采用图像拼接的方法实现双侧零件的高精度成像,保证装配精度,探讨了同轴对位中棱镜和相机的偏差对视觉对位的影响,并分别设计了棱镜和相机的调整锁死机构,建立了同轴对位的成像模型。针对周向刻度检测空间受限且精度要求不高的情况,提出使用“工业内窥镜+侧边镜”的视觉检测方法,最后应用微力实时监测技术判断零件是否成功装配到位。(4)基于无损夹持与精准对位技术开发了一台高精度的装配系统,该装配系统模块化布置,能够实现装配执行功能、对位检测功能、微动调整功能、装配力在线监测功能、自动控制及人机协同控制等功能。更换夹持器即可实现对不同零件的高精度装配。经过确定尺寸的实验轴孔验证了该装配系统可以完成零件间2-3μm的精密装配。