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。     

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%。     

基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模

为了提高薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型的薄板件变形预测精度，提出一种基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模方法。首先采用半弹性接触模型近似代替定位元件与薄板件之间的接触，并通过法向弹簧—阻尼单元模拟接触面的刚度和阻尼特性，然后借助分形接触理论获得定位点接触区域法向接触力与接触刚度、阻尼的关系，接着在通过有限元仿真得到各定位点处的法向接触力的基础上，求解每个定位点处的法向接触刚度与阻尼，最后建立薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型，对薄板件钻孔后的变形进行预测。通过平板和曲板两个实例验证了所提建模方法的可行性和有效性。     

基于神经网络与遗传算法的薄壁件多重装夹布局优化

在多重装夹元件装夹过程中,由于装夹顺序、夹紧力、定位元件位置等装夹布局参数的不同,薄壁件的装夹变形程度也不一样。单个装夹布局参数引起的工件装夹变形规律能够通过有限元方法获得。但是,若同时考虑多个装夹布局参数的影响,仅仅利用有限元方法难以揭示装夹布局参数与装夹变形之间的关系。为此,针对薄壁件的装夹布局方案建立三维有限元模型,以便利用有限元法获取神经网络的训练样本。借助神经网络的非线性映射能力,通过有限的训练样本构建装夹变形的预测模型。以减小工件的最大装夹变形为目标,并根据每一代装夹布局中工件的最大装夹变形定义个体的适应度,建立装夹布局方案的优化模型及其遗传算法求解技术。试验结果表明,网络预测值与相应的有限元仿真值、试验数据之间的相对误差均不超过3%。提出的基于神经网络与遗传算法的装夹变形"分析-预测-控制"方法,不仅能够提高装夹变形的计算效率,而且为薄壁件装夹布局方案的合理设计提供基础理论。     

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.     

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。     

基于萤火虫算法的飞机弱刚性件装配定位策略优化

针对飞机装配过程中零件刚度低、易变形的特点,提出了一种飞机弱刚性件定位策略优化设计方法。该方法以"N-2-1"定位原理为基础,以自重等外载引起的最大变形量最小为目标函数,通过有限元仿真计算不同定位方案下的最大变形量,并采用萤火虫算法实现了定位点布局的迭代优化。最后以飞机典型结构件为例,验证了该方法的可行性和有效性。     

运用随机有限元法与正交试验的车身焊装定位点稳健设计

基于随机有限元法与正交试验设计,提出一种车身薄板件焊装夹具定位点稳健设计方法。研究车身件焊接装配过程,通过随机有限元方法,建立焊装夹具误差与零件定位偏差的关系,有效模拟出车身零件因焊装夹具产生的法向定位偏差。以夹具定位点位置为设计参数,夹具定位误差为噪声参数,设计正交试验,分析不同定位方案下零件的定位精度,确定最佳定位方案。该方法在一前围侧板的焊装案例上得以验证。     

一种薄壁件柔性多点加工工装布局优化技术

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,提出了一种以最小化最大加工变形为目标函数的薄壁件加工布局优化方法。通过有限元计算和迭代算法相结合的方法进行了工装布局的快速优化。实例验证表明,工件最大加工变形被控制在0.679 mm,相对优化前的1.685 mm减小了59%,由此验证了该优化方法的正确性与合理性。     

新型柔性汽车玻璃夹具设计及布局优化

针对刚性汽车玻璃夹具生产效率低、制造成本高和开发周期长等缺点,为了提高汽车的制造自动化和柔性化水平,利用真空负压吸附技术,研发出一种用于安装汽车玻璃定位销的新型夹具,并设计了一款用于薄壁曲面件定位夹紧的柔性支撑吸盘机构。由于该柔性夹具的定位块和夹紧块的位置可以根据每款汽车玻璃的具体形状尺寸进行重新调整,所以基于有限元理论,结合VB和ANSYS软件研发出柔性汽车玻璃夹具布局优化系统来提高夹具的定位精度。     

电阻点焊焊装夹具定位点的优化设计

提出一种适用于电阻点焊焊装夹具的定位点优化设计方法.该方法基于"N-2-1"定位原理,利用有限元计算工件第一基准面上的变形,在建立目标函数时综合考虑夹具工作过程中的多工位状况,并且采用全局收敛效果很好的隔代映射遗传算法作为优化工具来寻找最优点.通过算例分析Ⅳ取不同数值时的夹具定位精度,并将隔代映射遗传算法与小种群遗传算法的收敛效果进行比较,验证了方法的有效性.     

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。     

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。     

基于 ANSYS的车身柔性薄板焊装夹具优化设计

介绍薄板焊装夹具在国内外研究进展,然后在＂N-2-1＂定位原理的基础上,建立了适合车身焊接工艺的工件定位点优化设计的数学模型,提出了一种可以快速确定工件定位点位置以及夹具布局方案的设计方法。利用ANSYS有限元软件对模型进行了实验分析和验证,得出板料有限元网格的大小、夹具的定位点、夹紧点及夹紧力的大小等对接触变形的影响。结果表明该模型和方法快速、准确、合理,达到了预期设计的目标。     

一种面向薄壁件装配的公差优化分配方法

为实现薄壁件装配的公差分配优化,提出了一种面向制造和变形的公差优化方法。首先,针对薄壁件变形,采用有限元方法将尺寸链环表示为单元,建立了有限元模型。然后,根据单元有限元模型推导了整体有限元模型,并得到封闭环与组成环变形满足的关系。最后,将变形关系作为公差优化的约束条件,推导了薄壁件装配的公差优化模型。以某型飞机登机门外形组件作为实例,验证了该优化模型的合理性和有效性。     

适用于薄壁件加工的真空柔性夹具设计

针对飞机薄壁件的铣削加工设计了一套真空柔性夹具作为辅助支撑,介绍了真空柔性夹具的结构和工作原理。运用有限元分析软件,在有、无真空夹具两种情况下,对薄壁件腹板的受力变形进行了数值模拟,同时研究了板厚、吸盘尺寸对腹板变形的影响。通过对比数据得知:使用真空柔性夹具是减小薄壁工件变形的一种简单易行的方法,为进一步研究控制薄壁件加工变形提供了理论基础。     

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。     

薄壁异形件自动化夹具的仿真分析及优化

以线束自动化加工过程中线束接插件变形情况为研究对象,提出了一种用于线束接插件这种类型薄壁异形件的自动化夹具的优化方法。使用有限元分析方法对线束接插件的夹紧过程进行有限元静力学分析和动力学分析,研究尼龙材质的接插件的塑性变形情况。以线束接插件不发生塑性变形为目标,通过静力学分析得出接插件在夹紧状态下能承受的最大静载荷为250N;通过动力学分析得出夹紧过程中夹具允许使用的最大冲击速度99mm/s,从而确定夹具中气缸允许使用的最大缸径为23mm和气缸使用速度的选择范围。然后对自动化夹具进行优化设计,气缸缸径选择为16mm,气缸使用速度为50mm/s,并且制造出物理样机,设计实验来验证优化设计的可行性。实验表明,基于此方法对自动化夹具进行优化,可以将原加工中0.2mm的变形量降低到0.1mm以下,达到企业对线束产品的质量要求。此方法在加工对象为薄壁异形件的同类型夹具设计中均可作为参考。     

薄壁回转型零件精车加工外型面夹具的设计

薄壁回转型零件的外型面在精车加工过程中容易产生变形,为了保证加工生产出优质合格的零件,以薄壁回转型后轴颈外型面精车加工为例,借助Solidworks Simulation有限元分析插件,研究设计一种带液性塑料心轴的夹具,以解决薄壁回转型零件精车加工易变形的问题。这种工装夹具的结构和设计方法可以为薄壁回转件的夹具设计提供参考。     

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。