基于齐次线性方程组的工件自由度分析技术

工件自由度的合理约束是夹具设计的关键，基于定位原理的数学模型，根据齐次线性方程组解结构的性质，首先推导了三个定位方案的合理性判据；然后，基于刚体运动学，建立了描述加工要求和理论约束自由度之间关系的自由度模型；最后，利用典型实例详细讨论了自由度模型及合理性判据的分析应用过程。     

基于运动学方法的线性尺寸定位误差通用建模与分析

定位误差是评价夹具性能的重要指标 ,分析定位误差是夹具设计中的一个重要环节。由于定位元件与工件的制造误差 ,工件安装后将不可避免地产生位置偏移 ,定位误差就是由于工件上的工序基准点位置在加工方向上发生偏移而引起的。现有夹具定位方案误差分析方法 ,如合成法、极限位置法以及微分法所建立的定位误差计算模型仅适用于特定类型的定位方案 ,不具备通用性 ;而目前利用运动学方法所建立的夹具模型仅考虑了定位接触点位置的影响 ,没有考虑调刀基准点位置偏移的影响。为此 ,根据运动学方法 ,在完善夹具模型的基础上 ,本文提出线性尺寸定位误差的通用模型与分析技术。     

工件定位方案的自动规划与定位误差分析

工件定位方案的自动规划是智能化夹具设计过程的重要组成部分。构建了一个定位方案规划系统,对基于知识的工件定位表面的自动选择、定位点位置的确定和优化以及夹具的综合定位误差进行了分析。     

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SolidWorks的机床夹具定位设计

针对机床夹具定位元件种类多、无固定设计模型和涉及数据资料多的特点,提出了机床夹具定位设计CAD系统的开发方法和思路,建立了各种定位方案的定位误差计算的数学模型.在SolidWorks环境下,用VB开发机床夹具的定位元件库,通过定位误差的计算确定夹具设计的定位方案,实现机床夹具定位设计的自动化.     

汽车轮毂柔性加工夹具的定位误差分析

定位误差分析是夹具设计过程中的重要环节,直接影响到被加工工件的加工质量和生产成本.针对所设计的汽车轮毂柔性加工夹具,提出一种夹具误差映射模型;建立了机床坐标系、轮毂加工夹具坐标系和工件坐标系,得出了夹具定位元件尺寸公差和工件位置与姿态误差之间的函数关系.在忽略其他影响因素(如切削温度、变形、刀具和机床加工精度等)对轮毂加工精度影响的情况下,以18英寸的汽车轮毂为例,由轮毂给定的加工精度,基于误差映射模型,运用MATLAB软件对汽车轮毂柔性加工夹具定位元件的尺寸公差进行了计算,得出了夹具定位元件的尺寸误差范围,对夹具定位元件公差进行合理的分配、提高夹具设计制造的效率具有重要意义.     

基于特征的夹具设计校验方法研究

针对现有夹具设计快速设计方法研究、开发和应用中普遍存在的校验问题涉及较少的不足,提出基于特识的夹具设计及夹具设计方法,并对该方法中涉及的基于特征的定位、夹紧、导向或对刀、夹具体设计等进行了具体说明。提出了基于特证的夹具设计校验方法,对于基于特征的夹具设计校验方法涉及的工艺合理性、定位方案、夹紧方案、导向或对刀方案、刀具、机床、夹具结构工艺性等校验进行了较全面的阐述。这对全面提高夹具的设计质量、减少夹具设计的返工现象、缩短工装准备周期、降低工装生产、使用和维护成本有一定的实际意义。     

一种阵列式柔性夹具的工件定位方法

提出了一种阵列式柔性夹具的工件定位方法。该方法首先采用投影法将工件和柔性夹具之间的定位问题转化为平面图形之间的定位问题,并基于平面区域和点的包含关系生成多组定位方案。然后通过计算定位雅可比矩阵的秩,确定了定位方案的可靠性。最后建立了工件制造误差、定位元件的安装和制造误差到工件定位误差的传递模型,并根据对工件定位的误差要求来计算定位方案的准确性,按照最大偏差最小化的准则来选择最准确的定位方案。工件在阵列式柔性夹具上定位的实例表明所提出的方法能获得满足定位可靠性和准确性要求的定位方案。     

基于运动学与有向尺寸路径的工件定位误差自动分析算法

为了分析与计算夹具设计过程中的定位误差,以评估夹具的性能,根据运动学原理建立工件的定位误差模型,将定位误差描述为工件与夹具定位方案之间接触点位置变化的函数。研究了工件与夹具定位元件的接触类型,给出各类接触的有向尺寸路径搜索规则,利用矢量环投影原则获得有向尺寸路径算法,实现了矢量环不存在未知参数及其公差情况下接触点位置误差的求解。若矢量环存在未知数,则连接两条有向尺寸路径形成一个封闭的有向尺寸链,根据未知参数的类型及独立性的影响,推导出有向尺寸链的求解算法,建立矢量环存在未知参数及其公差情况下接触点位置变化的表达式。提出去重去零与转换方法,建立定位方案与有向尺寸链的映射关系,确保定位误差计算结果的合理性。通过实例给出了定位误差的计算方法与步骤,计算结果表明所提出的定位误差计算模型通用性好,计算过程易于实现自动化,可为促进计算机辅助夹具设计系统的实用性进程提供技术支持。     

工业机器人参数容差稳健性设计

为降低工业机器人定位精度可靠性对运动学和动力学不确定参数的敏感性，基于工业机器人定位误差信噪比，提出了工业机器人运动学和动力学不确定参数容差稳健性优化设计方法。针对工业机器人动力学方程求解耗时问题，基于径向基函数神经网络建立了工业机器人动力学方程求解过程的代理模型，有效提高了工业机器人定位误差仿真效率。采用遗传算法求解所建立的稳健性优化设计模型，同时还分别以工业机器人定位误差平均值和定位误差信噪比并考虑加工成本为目标函数，对工业机器人不确定参数容差进行了优化设计。最后，以各优化结果作为不确定参数标准差，比较分析了工业机器人定位精度可靠性及定位精度可靠性敏感性，验证了所建立的工业机器人运动学和动力学参数容差稳健性设计方法的有效性。     

A mathematical approach to analysis and optimal design of a fixture locating scheme

In manufacturing engineering, localization accuracy is a key concern in the design of a fixture to specify a locating scheme and tolerance allocation. This paper presents a general analysis methodology that is able to characterize the effects of localization source errors based on the position and orientation of the workpiece. From this methodology, a fixture model is formulated by taking into account the overall errors among the system consisting of the workpiece and the fixture in the design of the fixture locating scheme. With this model, the locating principle and a criterion of the robust optimal design are then proposed to improve the localization quality of the fixture. Some examples are provided and allow for a detailed discussion about how to carry out the optimal design of the locating scheme. A comparative study is also made between the optimal solution and the empirical one. Finally, an experiment is made to validate the fixture locating scheme for a cylindrical workpiece. We conclude that this robust design method effectively achieves stable machining precision in workpieces.     

角向尺寸定位误差数学建模分析与优化

目前许多文献对线性尺寸定位误差的计算方法进行了研究 ,并对典型夹具定位方案建立了相应的计算分析模型。但对定位误差通用计算模型的研究涉及甚少 ,而对角向尺寸定位误差通用建模的研究则更少。本文建立了计算角向尺寸定位误差的通用数学模型 ,并提出了面向角向尺寸的夹具定位方案稳健优化设计方法。文中给出的应用实例详细说明了定位方案的优化设计过程 ,同时比较了稳健优化设计与常规经验设计方法的设计结果。结论表明 :采用稳健设计方法可以有效而稳定地保证工件的加工精度。     

基于敏感度分析的多工位薄板装配过程测点优化设计

提出了一种多工位薄板装配过程测点优化设计方法。该方法利用薄板装配偏差流传递的状态空间模型确定优化设计的目标函数,采用遗传算法实现测点在多工位间坐标位置的优化设计。装配过程实验表明,该优化方法显著提高了测量数据对夹具定位偏差反应的敏感度,有助于在夹具定位偏差产生的早期发现问题,避免因夹具定位偏差引起的产品质量缺陷。     

薄板冲压件焊装夹具设计方法

由于薄板冲压件的易变形性和制造误差特征 ,薄板焊装夹具设计显著区别于普通机械加工工件定位夹具。本文首先介绍了夹具设计的形闭合与力闭合概念、螺旋理论的发展 ,给出了确切定位和完全夹紧条件 ;然后 ,重点阐述了面向薄板冲压件焊装夹具设计的“N- 2 - 1”定位原理和夹具的优化设计方法 ;最后分析了夹具的稳健性设计方法。可以预料 ,采用该方法可有效地减少和控制定位误差的影响。     

一种基于平面尺寸链的定位误差计算方法

定位误差计算是机床夹具设计和制造的一个重要环节。本文提出了一种基于平面尺寸链的定位误差计算方法。首先将平面尺寸链拆分成若干个三角形,再利用全微分法对三角形的不同类型进行推导,以求出任意尺寸链中封闭环公差,最终求得定位误差。     

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。     

夹具设计中定位误差的计算

本文就夹具CAD系统开发过程中,如何进行定位误差的分析计算进行了研究和探讨,介绍了应用尺寸链原理计算夹具定位误差的方法,并在实际系统的开发中得到具体运用,取得了较好的效果