基于TOPSIS和MOEA/D的装夹布局方案规划方法

作为整个夹具设计中最为复杂和抽象的环节,装夹布局方案的规划直接影响着工件的加工质量、生产效率和制造成本。为此,在前期关于基于层次分析法与定位确定性的工件定位方案规划算法的研究基础上,进一步建立了一种基于逼近理想解排序法(TOPSIS)和基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)的夹紧方案设计方法。首先,通过建立选择夹紧表面的层次结构模型,提出了计算候选夹紧表面贴近度的TOPSIS方法。其次,考虑到工件稳定性和装夹变形的双重因素,建立了同时满足夹紧阶段和加工阶段的装夹布局多目标优化模型,在利用切比雪夫方法对多目标函数进行正对性分解的基础上,构建了夹紧方案多目标优化模型的MOEA/D求解方法。最后,利用建立的方法设计出非规则零件钻孔用的装夹布局方案,并与现有夹具结构方案进行对比和分析,结果表明设计方案与现有方案完全吻合。基于TOPSIS和MOEA/D的夹紧方案规划算法易于编程实现,既能为任意工件合理地规划出夹紧方案,也能为计算机辅助夹具设计系统的开发提供理论支持。

基于装夹布局的环形薄壁零件柔性夹具研究

薄壁零件在航空航天、电子通信和汽车工业等领域得到广泛应用。影响零件加工变形的因素有装夹方式、切削参数和零件内部残余应力等,可通过选用合适的切削参数和夹具等方式减少零件变形。夹具是影响薄壁零件变形的主要因素之一,但设计和制造缺乏科学理论指导,无法预测性能。针对某环形薄壁零件在装夹时因不合理的装夹方式导致零件装夹变形过大,研发一款能够抑制该零件变形的专用夹具,计算零件的约束力,使用有限元软件仿真分析了不同装夹布局对零件变形的影响;分析专用夹具的工作原理和夹具行程;制定加工工序,进行了实际加工。研究表明:采用专用装夹布局,使零件的最大变形量控制在0.05mm以内,对零件精度提高具有重要意义。

薄壁弧形件装夹布局有限元优化

关于航空结构件加工变形控制的研究是高效数控加工研究的一部分。薄壁弧形零件加工中的弹性变形对加工质量影响很大,而装夹布局影响切削变形的大小和分布。以减少加工中工件最大弹性变形为目标,建立了弧形件铣削加工装夹布局的优化模型,采用商业有限元软件的设计优化模块进行计算。在对计算结果进一步分析的基础上,提出了最终的装夹布局方案,采用该方案可以得到整个加工过程中更低的变形量,变形分布更均匀,为采取相应数控补偿措施提供条件。优化方案和实际加工方案结果基本一致。所提出方法可推广至其他类型工件夹具布局优化设计。

基于表面网格离散化与遗传算法的复杂工件装夹布局规划方法

装夹是工件加工过程中首先面临的问题,而稳定装夹则是保证工件加工质量与生产安全的必要条件。为此系统地提出了基于稳定性指标与稳定量度的工件装夹布局优化模型及其遗传算法求解技术。根据静力平衡条件与线性规划技术,提出装夹稳定性的判断依据及其解算方法,实现装夹时工件'稳不稳'的定量描述;依据力的超椭球方程,将超椭球体积定义为装夹稳定量度,用以描述工件装夹稳定时'有多稳'的问题;引入离散化思想,构建了以使装夹稳定量度达到最大为目标的复杂工件装夹布局规划模型,根据每一代的装夹稳定性,定义个体的适应度评价函数,提出装夹布局规划模型的遗传算法求解技术。提出的基于稳定性指标与稳定量度的装夹布局规划方法,由于只涉及接触点的坐标及其法矢量信息,不仅适用于具有复杂表面的工件,而且能够避免工件处于非稳定状态下优化模型的求解过程,提高了计算效率,为复杂工件装夹布局方案的合理设计提供了基础理论。

涂胶机器人移动机构装夹布局的递推优化算法

针对人工涂胶过程中出现的效率低下、黏胶剂有毒等问题,设计了一种面向鞋大底的自动涂胶机器人。为减小因径向移动机构与固定架的连接方式导致的机器人涂胶头的定位误差与运动误差,根据径向移动机构的螺栓连接方式,运用有限元方法,建立了以外框架变形最小为目标的装夹布局优化模型,通过将外框架的最小变形定义为个体的适应度评价函数,运用遗传算法构建了装夹布局优化模型的递推求解算法。利用所提出的方法能够找到螺栓数目增加后的最优装夹位置,使得涂胶过程中外框架变形最小,从而确保涂胶的均匀性,提高鞋子的耐用性。

基于ABAQUS的弱刚度结构件装夹布局优化技术

装夹布局是弱刚度结构件加工变形的重要影响因素。以减小工件装夹的最大弹性变形量为目标,利用ABAQUS建立了弱刚度结构件的铣削加工装夹布局模型,并对各装夹方案进行了模拟分析,得出了最终的优化布局方案,采用该方案在加工过程中可以得到更低的变形量,变形分布更均匀。所提方法可应用于类似工件的夹具设计。

航空发动机薄壁环形件装夹布局优化分析

薄壁环形结构广泛应用于航空发动机零件,大径厚比的薄壁环形工件在装夹、加工过程中极易产生变形,导致零件质量一致性差。以带周向特征的薄壁环形件作为研究对象,主要从装夹方案和装夹布局方面分析变形机理。通过建立有限元分析模型,对不同装夹布局下工件的变形情况进行预测,实现薄壁环形件装夹布局的最优化。最后,通过切削试验,验证了优化后的装夹布局对薄壁环形工件加工质量的提升效果。上下端面平行度和内外环同心度有效控制在0.02 mm以内,所提出的薄壁环形件装夹布局设计方案可以在各类薄壁环形件加工中应用。

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。

基于拓扑优化的薄壁零件装夹布局确定方法

文章主要研究了大型薄壁零件加工过程中薄壁零件装夹布局的确定方法,提出了基于公差的子区域优化补偿方法,并考虑了补偿值与工件变形的耦合效应,利用有限元模拟和实际加工经验建立了工件不同的变形区域和耦合系数;并在实验中,以大型薄壁航空零件的加工为例,综合分析了这两种方法的结果。结果表明,子区域的优化补偿能较好地减少加工误差,为大型薄壁件的变形控制提供参考零件。

薄壁环形件装夹变形有限元分析与夹具设计

薄壁件装夹变形是影响工件加工质量的重要因素,以6061铝合金材料所加工的薄壁环形件为分析对象,针对其镗孔、螺纹加工、钻孔和锪孔等多工序装夹问题,在保持相同装夹总力基础上,分别采用三爪式、六爪式和九爪式三种装夹布局,运用三维有限元方法分析不同装夹布局位置的应力应变情况,得出装夹变形控制规律。结果表明:采用九点式均匀装夹布局,设计一种弹性薄膜盘九爪式夹具,完成薄壁环形件镗孔、螺纹加工、钻孔和锪孔等多道加工工序,可有效降低装夹变形量,从而保证工件加工精度。

基于PSO-BPNN和NSGA的薄壁件定位布局优化

为提高装夹布局优化计算的效率,同时考虑加工过程中振动对变形的影响,提出了融合改进的反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)与快速非支配排序遗传算法(nondominated sorting genetic algorithms,NSGA-Ⅱ)的优化模型。首先,基于“N-2-1”定位原理,以定位点坐标为设计变量,薄壁件装夹变形和主振型位移为优化目标,通过有限元仿真建立了神经网络训练样本集;其次,引入粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)改进神经网络,通过对有限样本集训练,构建了定位布局与装夹变形和振动位移之间的代理模型。实例结果表明,改进后的神经网络对装夹变形的预测精度提高了93%,对振动变形的预测最大误差仅为1.8%;最后,通过遗传算法求解预测模型得到了定位布局帕累托解集,进一步提高了优化效率。

基于正交设计的多方法融合的装夹研究

装夹是生产制造过程中必须面对的首要问题。装夹布局设计是否合理,对工件的加工精度、质量以及企业的生产安全和效率都至关重要。为此使用基于正交设计的多方法融合的方法进行装夹布局的设计进行优化。首先,建立装夹稳定性数学模型来判断工件是否稳定;接着使用ANSYS进行建模并与遗传算法进行接口的操作;然后,针对人为设置的遗传算法参数,采用正交试验设计的方法选择更好的遗传算法参数;最后以壳体薄壁件为例进行试验,得到了更小的装夹变形和更加合理的装夹布局,从而提升工件的加工精度和质量。

基于动力学与遗传算法的工件位置偏离预测与控制方法

装夹布局的合理规划是影响工件加工质量与生产安全的关键因素,为此系统地提出了工件位置偏离的动力学预测模型及其控制方法。首先通过将工件与夹具之间的接触模式等价地转化为线性弹簧-阻尼系统,利用运动学和弹性力学理论推导出工件的振动微分方程,以确定工件在装夹布局中的位置偏离。根据工件与夹具之间的接触为单向这一实际情况,运用胡克定律建立了工件位置偏离的约束条件。通过坐标转换方法,提出在约束条件下振动微分方程的模态分析求解方法,实现工件位置偏离的预测,试验结果表明所提出预测结果与试验结果完全吻合。其次,为使工件位置偏离达到最小,构建工件位置偏离的最小2-范数为目标的装夹布局优化模型,通过以合理装夹布局中工件位置偏离的2-范数为自变量构造个体适应度,提出装夹布局优化模型的遗传算法求解技术。提出的工件位置偏离预测与控制方法,能够避免工件处于非稳定状态下优化模型的求解过程,为复杂工件装夹布局方案的合理设计提供了基础理论。

薄壁件装夹位置优选方案有限元分析与实验研究

以减小工件装夹的最大弹性变形量为目标,采用三维非线性动态有限元分析方法建立了典型框体类薄壁件的铣削加工装夹布局模型,对铣削过程中不同装夹位置在加工过程中对薄壁件产生的变形进行了模拟分析,得出了最终的优化变形方案。并通过试验验证了有限元模拟的正确性。