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。     

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。     

基于多元非线性回归的刀具几何参数优化

精密铣削航空接头类薄壁件过程中,硬质合金刀具几何参数(前角、后角和螺旋角)对加工变形有显著影响。采用L25(36)正交实验,运用有限元的方法对25组实验进行铣削加工,获得了变形量与刀具几何参数之间的关系数据,并验证了模型的有效性。运用多元非线性回归技术建立变形量单目标优化数学模型,通过相关性和显著性检验证明模型的可行性。采用遗传算法,以薄壁件的加工变形为目标函数对铣刀几何参数进行优化,最终获得了加工变形量最小时的最优几何参数值。结果表明:所选几何参数与变形量确实有非线性回归关系,且优化后的几何参数组合所对应的变形量比正交实验最小变形量降低了15%。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

用于飞机舱门装配的柔性工装设计

为解决飞机舱门装配加工时夹具专用的问题,以某型号飞机的六种舱门为研究对象,设计了一套柔性工装夹具系统。建立舱门蒙皮的有限元模型,系统的分析行间距、行边距等布局参数对蒙皮钻孔和铣边加工变形的影响,得到柔性工装布局参数范围,结合舱门蒙皮结构参数对柔性工装的单元结构、行单元布局和列单元布局进行设计,并在此基础上实现控制系统的硬件设计和软件开发,系统调试结果表明该柔性工装系统具有较高的运行精度和定位精度。工程应用实践证明该柔性工装技术产出的舱门满足装配要求,研究结果可以为大型薄壁件的柔性工装设计提供良好的参考,具有很强的工程应用价值。     

基于ANSYS的薄壁包装件加工分析

利用有限元分析法对薄壁包装件的加工进行研究,对两种装夹情况下薄壁件发生变形的情况进行分析。分析结果表面,利用虎钳装夹进行加工,加工结束时零件会产生较大的变形,而采用工装装夹加工,夹紧适中时零件变形量很小可忽略。因此,对于薄壁箱体零件,建议采用两种装夹混合使用,粗加工采用虎钳装夹,加工到一定值之后,改用工装装夹再进行加工,以保证零件的加工精度和生产效率。     

大型曲面薄壁件多点柔性工装装夹布局优化

采用Python脚本语言对ABAQUS的前处理模块进行二次开发,将铣削力依次加载到铣削区域各点,获得由让刀产生的轮廓度误差与装夹布局关系数据;根据多元非线性回归理论建立以支撑单元布局为设计参数的大型曲面薄板件让刀误差数学模型,并采用全局寻优能力较强的遗传算法进行布局优化。结果表明:优化后的支撑单元布局合理,系统资源利用率最佳,与均匀布局相比轮廓度误差降低了39.1%,满足了飞行器薄板件的高速高精加工需求。     

多点柔性支撑夹具控制系统设计

为了解决现代飞机、汽车等行业的复杂薄壁曲面件生产制造中,加工定位工装适应性差、成本高等问题,提出了一种基于多点柔性支撑的夹具的设计方案。结合国内外先进的柔性定位与多点拟合曲面的原理和生产实际情况,成功设计出带有完善控制系统的多点柔性支撑夹具,有效地解决了传统专用工装存在的问题。     

基于指数平滑的航空薄壁件加工误差预测与控制

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误差预测与控制问题,提出了基于预测的轨迹误差控制方法.对变形误差控制原理,视觉传感系统对基于结构光的曲面信息获取方法,三次指数平滑加工轨迹的预测方法进行了研究.研究结果表明:指数平滑法对加工变形值的预测具有较高的精度,对于"提前"获得刀具运动轨迹的可能位置,并采取纠正措施具有重要意义,为更有效地解决柔性工装的加工轨迹控制提供了必要依据.     

薄环精密件的高精度、高效率的端面磨削

薄环精密件的高精度磨削一直是磨削领域中重要的研究内容,薄环零件的刚性差,而且热容量小,磨削热量又比较大,极易造成较大的变形.文中介绍了该类零件加工中一种行之有效的解决方案--柔性装夹.该柔性装夹工装是一件普通的外圆磨削心轴,在心轴根部的凹槽中放置了圆环状的弹性材料,用以衬紧工件,并提供工件旋转的驱动.通过该柔性装夹方式,在外圆磨床上实现了薄壁件端面的线性磨削,很好地降低了磨削热量的产生,充分冷却还提高了散热效果.某薄壁件的直径/厚度接近18,厚度4±0.01.在该磨削实例中,常规磨削的加工时间约为180分钟/件,合格率60%,而柔性装夹的加工时间约为12分钟/件,合格率98%,取得了非常不俗的实际磨削效果.     

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。     

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。     

切削参数对弯曲薄壁件变形规律的有限元仿真

钛合金薄壁件在切削加工时易产生弹性变形,降低薄壁件的加工质量。针对钛合金弯曲薄壁零件加工易变形的问题,建立了薄壁零件的有限元模型,研究了刀具在加工零件时不同位置和不同切削参数下对薄壁零件铣削变形的影响,确定了零件的最大变形点,并运用多指标正交试验确立了最优的刀具切削参数。     

基于多岛遗传算法的薄壁齿圈装夹变形优化研究

针对薄壁齿圈装夹时装夹变形的问题,对夹具元件的结构参数和施加的夹紧力进行了优化,提出了采用多岛遗传算法对夹具结构参数和夹紧力的同步优化方案。通过ABAQUS软件对齿圈装夹变形进行了有限元分析,得出了变形量,将ABAQUS软件优化算法在Isight中进行了集成;以装夹变形量最小为目标函数,装夹过程中夹紧力和夹具结构参数为变量,通过多岛遗传算法对薄壁齿圈夹紧力和夹具结构进行了同步优化,得出了使薄壁齿圈装夹变形最小的夹紧力及夹具结构参数。研究结果表明:优化后装夹变形量减小93.38%,有效地降低了因夹紧力施加不当以及夹具结构不合理引起的变形,对于后续的加工精度有了明显的改善,验证了多岛遗传算法对于齿圈装夹变形优化的可行性。