多点柔性工装装夹布局优化研究

薄壁件在多点柔性工装系统定位和支撑作用下,支撑单元布局对其加工变形的影响尤为明显。为此,结合有限元技术、正交实验理论和多元非线性回归的方法,提出以支撑单元的布局为设计参数,建立以薄壁件的最大变形和平均变形为指标的加工变形预测模型。为了简化计算,采用加权的方法将多目标预测模型转化为单目标预测模型,进一步以该单目标预测模型为目标函数,采用全局寻优能力较强的遗传算法进行优化计算,得到理论最优的装夹布局。实验结果表明:多点柔性工装系统的装夹布局与薄壁件的加工变形确实有非线性回归关系,且通过遗传算法得到的最优装夹布局,经过加工分析其最大变形量和平均变形量分别比均匀分布布局降低了53.0%和54.4%,比正交实验最低降低了19.0%和8.9%。     

基于ABAQUS的多点柔性工装系统装夹优化研究

为解决多点柔性工装系统在薄壁件装夹过程中采用密集支撑占用较多资源和调配时间问题,运用有限元法研究了工件在自重和吸附装置吸附力作用下基本体单元的布局优化方法,总结出基本体单元的阵列布局越密集整体变形量越小,且在第7次优化(布局)之后变形波动幅度小于5%;对其中的最优布局(布局)研究了基本体单元间距对整体加工变形的影响,得出间距越大对加工变形控制越有利。研究结果为更有效的解决柔性工装系统基本体单元分布的优化问题和加工变形控制提供了依据。     

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。     

基于B样条的航空薄壁件加工变形预测与控制

针对开发航空薄壁件多点柔性工装系统的需求,研究了航空薄壁件多点柔性数控加工中的变形预测与控制问题。研究了利用有限元分析和Matlab编程建立B样条加工变形数学模型并进行预测的方法及高速铣削切削参数在线优化控制加工变形的原理和方法。研究结果表明:基于B样条曲面数学模型可对加工变形进行预测,切削参数的在线优化能够有效地控制加工变形。研究结果为有效地解决柔性工装的设计和制造提供了必要依据。     

薄壁件多点柔性加工变形的有限元分析

针对开发薄壁件多点柔性工装系统的需求.研究了薄壁件多点柔性数控加工中的变形问题.通过建立工件加工的有限元模型,利用ANSYS对变形进行静态非线性分析.得到了不同受力、不同间距情况下最大变形量随工件厚度变化的规律,以及不同受力、不同工件厚度情况下最大变形量随支撑间距变化的规律,同时还得到了不同厚度、不同间距情况下最大变形量随切削力变化的规律.分析结果表明:工件厚度变化时,最大变形量近似呈指数规律变化;支撑距离和切削力变化时.最大变形量近似呈线性规律变化.研究结果为更有效解决柔性工装的优化设计和控制问题提供了必要依据.     

基于射流支撑的薄壁件加工变形补偿分析

薄壁件在航空航天领域有着广泛应用,由于薄壁件刚度较低,加工余量大,工艺性差,容易产生切削变形被认为是机械加工中的难题。文中对薄壁件加工变形误差的原因进行了分析,并设计了一种以冷却液为介质的脉冲射流作为薄壁件铣削的随动柔性辅助支撑新的加工方法。最后,通过实验验证了脉冲射流支撑薄壁件加工误差补偿方法的有效性和可行性。     

柔性工装系统多点定位的自适应优化

针对飞行器大型薄壁件加工的技术难点,开发了基于机器人操作的智能柔性工艺装备系统。通过分析系统结构和运行原理,建立了数学模型,提出了多点定位的自适应优化方法。该方法根据给定的加工轨迹,自适应地调整柔性工装系统的定位/支承分布,保证总体加工变形趋近最小。实例验证表明,该方法可以使柔性工装系统的支承分布处于最优状态,实现对系统资源的最佳利用,满足飞行器大型薄壁件的高速高精度加工需求。     

基于花授粉算法的曲面薄壁件定位布局优化

优化定位布局是减小薄壁件装夹变形的重要手段,现有研究大多以节点法向变形最小为优化目标而忽略其他方向上的变形,为此提出了一种新的基于花授粉算法的夹具布局优化方法。针对曲面薄壁件,在建立法向约束定位模型的基础上,通过应变能来描述所有方向上的变形,以薄壁件的整体应变能最小为目标,结合花授粉算法和基于Python语言的参数化有限元分析,实现薄壁件的定位布局寻优。最后以飞机蒙皮定位布局优化为例验证方法的有效性,并通过与遗传算法的对比表明,花授粉算法在优化薄壁件的定位布局时具有更优的性能。     

薄壁圆筒件钻削变形分析与控制方法研究

薄壁圆筒件刚性差,钻削加工中易产生加工变形,导致孔的垂直度难以保证。利用"单元生死"技术对薄壁圆筒件法兰孔的依序钻削加工过程进行有限元仿真分析,得到钻孔处轴向变形量,由之推导计算孔垂直度误差;将该结果与实测值进行对比,验证仿真模型的合理性和正确性。为减小轴向变形,设计一种适用于零件法兰盘钻削加工的自适应调高支撑夹具,就夹具3种不同支撑布局方案进行钻削数值模拟分析,比较各方案中法兰孔的最大垂直度误差,优选出最佳方案。研究结果表明,提出的控制方法可有效改善薄壁圆筒件的钻削变形,使孔的垂直度达到工艺设计要求。     

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。     

高精度薄壁开口筒件加工变形控制方案的研究

针对薄壁结构开口筒件切削加工中筒体变形问题进行了分析与研究.通过建立薄壁开口筒件切削加工力学模型、ANSYS有限元变形分析模型,结构切削试验,得到了薄壁开口筒件变形的基本规律,并提出了控制筒件变形相应的工艺措施.结果表明,薄壁开口筒件变形模式与工艺路线、工装、夹紧力位置、切削用量、刀具角度等因素的组合有关;采用合理的工艺路线、工装、夹紧位置可以减小加工变形,提高加工精度,是三种控制薄壁开口筒件加工变形的有效工艺措施.     

基于SAPSO-BP的薄壁件侧铣加工变形预测方法研究

针对薄壁件在侧铣加工过程中容易产生让刀变形的问题,为实现薄壁件侧铣加工方式下变形量的预测,提出了一种基于SAPSO-BP神经网络技术预测薄壁件侧铣加工变形的方法。通过建立T型薄壁件侧铣加工仿真模型,并用实验验证其有效性,为后续神经网络提供训练样本;再引入模拟退火粒子群算法(SAPSO),优化BP神经网络的初始权值与阈值,建立基于SAPSO-BP的薄壁件侧铣加工变形预测模型,并验证分析了其可行性。     

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。     

四轴铣削薄壁回转类零件辅助工装设计

针对薄壁回转类零件刚性差,数控铣削过程中在夹具夹紧力和切削力的作用下容易产生加工变形,严重影响加工精度和表面质量等问题,分析和阐述了制约薄壁回转类零件加工精度的因素,设计并制作了针对某产品滤清器法兰的四轴装夹辅助工装,并对工装装夹位置布局和夹紧力进行了优化,有效地降低了由于装夹不当所引起的零件变形程度,提高了零件的加工精度。     

曲面薄壁零件的仿形装夹优化研究

针对大型自由曲面的薄壁件在加工中易发生变形的问题,提出了结构模块化仿形定位/支撑,真空吸附夹紧的装夹理念——夹具定位/支撑面与被加工曲面的某几个局部区域保持一致,真空吸附保证这些区域夹紧力均匀。文中建立了曲面薄壁件的几何模型,利用有限元对薄壁件进行变形预测。通过ANSYS的APDL语言和遗传算法相结合的寻优途径,实现定位/支撑模块所需数量最少、布局方式最优的状态。     

一种薄壁平衡块的加工工艺分析

针对现在工厂中加工的薄壁平衡块内孔椭圆变形问题进行工艺优化分析。影响薄壁零件变形的主要因素是切削应力和装夹,因此优化工艺减少切削应力造成的工件变形,把原有的手动工装改为液压工装,以减少装夹造成的变形,改善薄壁平衡块因加工变形导致的加工质量问题。     

辅助支撑对薄壁件加工变形影响的数值模拟

为研究辅助支撑在薄壁件铣削加工中对工件变形的影响,运用商业有限元分析软件Abaqus,在有、无辅助支撑两种条件下．对薄壁件的铣削过程进行了数值模拟,并获得了加工后薄壁件的变形数据。通过对比这两种数据得知,在薄壁件铣削过程中增加辅助支撑是控制工件变形的一种简单易行的工艺,为进一步研究控制薄壁件铣削加工变形提供了依据。     

薄壁圆筒零件车削刚度分析

结合车削加工经验,通过理论计算和仿真分析相结合的方法,研究了薄壁圆筒零件车削刚度的判定方法。通过车削力计算、车削力作用下变形量计算和重力作用下变形量计算,计算得出了车削过程中零件的整体变形量。利用有限元软件ANSYSWorkbench对薄壁圆筒零件车削时的变形状态进行仿真计算,通过实例验证了理论计算方法的正确性。最终得出了薄壁圆筒零件外形尺寸与车削刚度的关系,可以通过关系式直接判定能否在不使用支撑工装的情况下完成车削加工。     

大尺寸薄壁铸造钛合金U形件精密加工工艺实现

U形件为某设备的旋转导向与结构支撑部件,使用环境为海洋性高温湿热盐雾环境,内部空间安装控制及处理元器件,为了避免高温高湿高盐环境对内部器件的影响,内部空间要与外界环境隔离。为了满足设备整体结构布局、保证结构强度并使内外部环境隔离,设计了大尺寸薄壁铸造钛合金U形件。通过分析大尺寸薄壁铸造钛合金U形件的结构形式、外形尺寸、加工部位、加工精度等加工因素,找出加工过程中刚度、振颤、加工变形等影响加工精度实现的薄弱环节。对工艺流程进行合理安排,通过选用刀具、控制切削量、转速、采用辅助工装等工艺手段,解决了大尺寸薄壁铸造钛合金U形件加工中刚度、振动、切削力等因素引起的加工变形误差。在生产中应用此工艺方法能够满足尺寸精度、形位公差及表面粗糙度要求,适用于批量生产。     

薄壁件残余应力变形仿真预测与切削参数优化

针对薄壁件铣削残余应力变形难以准确预测的问题,提出了一种仿真预测方法,并在此基础上研究了薄壁件铣削切削参数优化方法。首先,提出了基于工况映射与薄壳应力贴合的残余应力变形仿真预测方法,实验结果表明该方法能够有效预测薄壁件的加工残余应力变形。在此基础上,利用支持向量回归机建立了基于切削参数的残余应力变形响应预测模型;然后,根据所建立的预测模型,采用遗传算法,以残余应力变形为约束、最大加工效率为目标对工艺参数进行优化。结果分析表明,该优化方法获得了最优的加工参数。