弱刚性薄壁件夹具布局优化方法研究概述

弱刚性薄壁件因其重量轻、强度高等特点被大量应用于航空航天、汽车等工业领域,但是同时也存在厚度小、刚性弱,在制造过程中极易发生变形的缺点。而夹具布局设计是减少薄壁件制造变形、保证其制造质量的一个非常重要的因素。传统的薄壁件夹具布局设计依赖于工程师的直观判断和经验积累,速度慢、成本高、设计随意性大。随着计算机技术的不断提高,国内外学者先后应用有限元仿真、数学规划、智能优化算法以及代理模型等理论和方法对薄壁件夹具元件的布局进行优化设计,取得了大量研究成果。根据目标函数的建模方法以及所使用的优化算法对相关研究进行了系统的分类讨论,并详细分析了各个建模方法和优化算法的优缺点。最后对弱刚性薄壁件夹具布局优化方法的相关研究进行总结,并提出了相应的研究建议。

夹具布局和夹紧力的优化方法研究

在分析了目前夹具布局和夹紧力优化设计方法的基础上,基于遗传算法和有限元方法,提出了一种优化夹具布局和夹紧力的方法。通过对一薄壁件的夹具优化分析,验证了该方法的有效性,该方法可以降低由于装夹不当所引起的工件变形程度,从而提高了加工精度。

用GAAA优化多阶段装配过程中的夹具布局

改进了遗传算法与蚁群算法的融合(GAAA)算法,利用它来解决多阶段装配过程中二维刚性零件的夹具布局优化问题,合理选择定位销的位置使得灵敏度指标最小化。通过改变遗传算法的变异算子,变异长度以及交叉、变异在蚁群算法中发生的位置,提高了GAAA的稳定性和收敛性。以汽车侧边装配为例验证了改进算法的有效性,结果表明改进后的GAAA比基本的GAAA和蚁群算法求得的结果要好,且收敛速度更快,稳定性更好。

一面两销夹具布局的鲁棒性研究

针对在一面两销夹具定位中,定位销的制造和磨损误差将会导致夹具逐渐丧失鲁棒性的问题,引入了刚体动力学分析方法,建立了定位销误差输入下的零件偏差模型;基于零件偏差模型,使用矩阵二次型理论,推导出了一种敏感度指标用于评价一面两销夹具定位销布局设计的鲁棒性。采用一液压泵盖的计算实例证明,使用该指标进行定位销布局设计,可准确评价零件加工或测量要素对于定位销输入误差的敏感程度,且计算简便,能够为提高一面两销夹具布局设计的鲁棒性提供理论设计依据。

一种共用定位销的多工序夹具布局优化设计准则

针对多工序装配过程中一种共用定位销的夹具布局优化设计问题,提出了一种设计计算准则.首先,由状态空间方程推导出用于描述多工序装配过程单一零件尺寸偏差状态传递和累积的状态空间模型.之后,采用数学公式推导和统计学方法由该模型得到了用于描述关键产品特征平移偏差和角位移偏差间关系的协方差矩阵.依据该矩阵的统计学意义,提取矩阵的迹作为夹具布局优化设计计算准则.采用一四工序的装配实例,由交换算法进行验证.结果表明,与传统设计准则相比,所提出的夹具布局优化设计准则使用点的平面欧式距离计算代替了复杂的高维矩阵计算,不仅和传统设计准则同样有效,而且计算效率更高,节约了计算成本.

弱刚度工件夹紧顺序与夹具布局的同步优化

针对弱刚度工件在定位、夹紧过程中易变形的问题,建立了夹紧顺序与接触力及节点位移增量之间关系的数学模型,给出了各夹紧步骤中工件夹具系统的静力平衡方程;在此基础上,根据最小余能原理及库仑摩擦定律,构建了装夹方案优化模型,提出了基于遗传算法的夹具布局与夹紧顺序同步优化方法。算例结果表明,该方法有效降低了由于装夹所引起的工件变形,提高了加工精度。

多工位共用安装的夹具定位布局优化设计

对加工过程中多工位共用安装的情况,提出一种可以优化选择夹具定位配置的方法。该方法首先针对单工位夹具根据3-2-1定位原则在工件表面选取6个定位点组成初始定位配置,接着定义可以反映工件定位点到加工特征关键点处误差传输的矩阵,利用矩阵特征值建立优化目标函数,然后通过给各个目标函数设定权因子合并共用安装的多个模型的目标函数。此方法适合于基于特征的加工操作中多工位共用安装的定位布局设计问题。

基于GA和FEM的夹具布局和变夹紧力优化设计

通过夹具布局和夹紧力大小的优化可以提高薄壁件加工精度.建立了夹具布局和变夹紧力分层优化模型.首先,以工件加工变形最小化和变形最均匀化为目标函数,对夹具布局进行优化设计;其次,基于优化的夹具布局对变夹紧力进行设计.采用有限元法计算工件的加工变形,加工变形求解时综合考虑了接触力、摩擦力、切削力、夹紧力和切屑的影响.采用遗传算法求解优化模型,获得优化的夹具布局和变夹紧力.通过实例分析,验证了分层优化设计方法可以进一步减小工件加工变形,提高加工变形均匀度.

基于改进MOEAD算法的零件加工布局优化研究

在机械加工中,夹具布局优化本身是一个多目标优化问题,目前夹具布局优化大多是以工件位置总位移最小为目标函数,视作单目标优化问题处理。针对这种情况,提出一种改进的多目标进化算法。该方法以x,y,z三个方向上的偏移量作为目标函数,引入基于高斯变异的迁移行为对基于分解的多目标进化算法(MOEAD)进行改进,满足了夹具布局中的定位点有大量的组合方式,对算法拥有较强搜索能力的需要。通过测试函数和铣通槽的实例分析,验证了该方法拥有更强的搜索能力和揭示了工件在各方向上偏移量之间的相互关系,为获得更合理的布局提供了参考依据。

面向装配系统可靠性分析的车身夹具系统优化设计

为描述多工位车身装配系统的渐进衰退特性,建立了面向车身产品尺寸质量和夹具系统要素的装配系统可靠性模型。结合夹具设计稳定性参数约束,提出了面向白车身装配系统可靠性的车身多工位焊装过程的夹具布局优化方法;在给定夹具布局下构建了定位销制造成本函数,提出多工位夹具定位销磨损率的优化模型并对其进行优化分配。将上述方法应用于侧围装配案例,分析发现优化后装配系统可靠性衰退过程得到较大改善,并有效提升了夹具系统的使用寿命。

夹具对箱体加工变形影响研究

以某发动机箱体结合面的铣削工序为研究对象,采用有限元法模拟分析了夹具布局和夹紧力对箱体加工精度的影响。首先建立了箱体铣削力模型,计算了铣削力。箱体加工采用3-2-1定位方式,在夹紧力相同的条件下,改变夹紧的位置,采用有限元法,计算和分析了夹具布局对箱体加工变形的影响,从而确定了箱体铣削加工中夹具的位置。在此基础上,仿真分析不同夹紧力下箱体的加工变形。研究结果为发动机箱体加工中夹具布局和夹紧力确定提供了参考。

缸体缸盖柔性线CNC高效专用夹具的开发

柔性生产线的CNC专用夹具方案是实现高效加工的基础。本文从共线生产的多品种发动机缸体缸盖夹具的关键结构设计着手,探讨夹具布局方案对生产线效率及质量提升的关键设计,特别是气缸体曲轴孔在CNC上借鉴专机方案设计远端轴承支撑的线镗刀加工工艺,有效解决传统大批量生产过程中过程能力不足问题。

多工位数控加工专用夹具设计

针对传统数控加工机床单个工位加工效率低的不足,设计开发了多工位数控机床专用夹具。以方形铝块为加工对象,介绍了夹具的布局及工件加工流程和多工位专用夹具方案设计及工作原理两方面内容。

基于并联机构的可重构柔性夹具研究

本文对数字化柔性装配领域中的重点问题——可重构柔性夹具设计进行研究,分别就夹具定位和夹具验证两方面的关键技术进行阐述。并针对实际需求,提出一套基于并联机构的可重构柔性夹具设计的实施技术方案,该设计方案具有模块化、智能化、通用化等特点。

工件装夹布局可装卸性评判分析

工件夹具装夹布局中的可装卸性描述了夹具布局中工件装入/卸出该布局的程度,研究可装卸性可大大提高加工生产中工件上的定位基准选取、夹紧表面与夹紧点的选择等工艺步骤的效率。本文联系实际加工中“工件-夹具”装夹布局特点及其相对接触位置情况,基于泰勒定理得到工件可装卸性模型。借助雅克比矩阵的引入获得了“工件-夹具”装夹布局装卸条件,于此,依据数学空间几何中凸多面锥及其对偶锥的关系提出了夹具装夹布局中工件装卸性评判方法——旋转算法。因整个可装卸性评判过程的输入信息只涉及装夹元件的位置坐标及其法向量,从而对工件的形状不作要求。

多目标的装夹方案优化及变夹紧力优化

夹具布局和夹紧力大小影响切削变形的大小和分布。基于遗传算法和有限元方法,提出一种夹具布局和夹紧力优化设计方法。该方法将同步优化夹具布局和夹紧力大小以及施加变夹紧力相结合,首先以加工变形最小化和变形分布最均匀为目标同步优化夹具布局和夹紧力大小,然后在优化后的夹具布局的基础上求解使得加工变形最小的变夹紧力大小。使用该方法进行底座薄壁零件的夹具优化设计,结果表明优化得到的设计优于经验设计和多目标优化方法,该方法有效地降低了加工过程中工件的变形,提高变形均匀度。

装夹优化抑制薄壁件加工振动研究

切削振动是影响薄壁件加工精度和质量的重要因素。不正确的装夹方式会引起薄壁件加工振动,从而影响工件加工质量。通过研究装夹布局对薄壁件结构动态特性的影响,提出了一种用来抑制由切削力引起的薄壁结构加工振动的装夹布局方法。并以帯耳形薄壁件为对象进行分析研究,建立了薄壁件有限元模型,采用模态分析方法,根据模型的固有频率和振动规律,优化了夹具辅助支承件的位置以及数量,有效地抑制切削振动。通过试验验证了改进后的夹具布局能提高加工稳定性,为发动机操纵系统带耳形零件的实际加工提供了有益参考。