多工序加工系统的数控夹具设计应用研究

针对多工序加工系统中数控夹具设计应用问题,应用图论原理,通过工件特征公差关系图(FTG)和基准加工特征关系图(DMG)的方法,提出特征面关联法,建立多工序加工系统的“基准-加工-机床”的关系模型.采用特征面单位方向法矢量判别方法,基于数控机床制造能力确定工件的装夹能力,为多工位旋转夹具或多件装夹夹具设计提供合理方案.以汽车制动泵体件为例,分析工件装夹规划方案,研制出企业实用的多件装夹夹具装置.     

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。     

基于有限元方法的陀螺框架装夹变形分析

基于ANSYS建立了陀螺框架装夹变形的有限元分析模型,对工件装夹方案、夹紧位置与变形的关系以及夹紧力与变形的关系进行了仿真优化分析。基于有限元分析结果,给出了最优的装夹方案、夹紧力的大小范围和施加位置。这种基于有限元的工件装夹变形分析方法对夹具的设计有一定的指导意义。     

弱刚度工件夹紧顺序与夹具布局的同步优化

针对弱刚度工件在定位、夹紧过程中易变形的问题,建立了夹紧顺序与接触力及节点位移增量之间关系的数学模型,给出了各夹紧步骤中工件夹具系统的静力平衡方程;在此基础上,根据最小余能原理及库仑摩擦定律,构建了装夹方案优化模型,提出了基于遗传算法的夹具布局与夹紧顺序同步优化方法。算例结果表明,该方法有效降低了由于装夹所引起的工件变形。提高了加工精度。     

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。     

装夹方案评价技术研究

装夹方案设计是现代产品设计生产过程中的一个重要环节。由于方案设计质量将直接影响到零件加工精度和效率,需要对装夹方案定位精度及装夹变形情况进行快速评价。在研究工件装夹方案校验算法的基础上,建立了定位误差评价数学模型,通过程序实现了装夹方案定位误差快速评价。以工件加工位置处的轮廓法向误差作为统一评价指标,同时对装夹方案造成的工件定位误差和夹紧误差进行评价。能够提高装夹方案设计效率,缩短工装准备时间,在一定程度上提升了装夹方案设计质量。     

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。     

基于制造资源能力的装夹工艺分层设计技术

为发展创成式的计算机辅助工艺设计,研究了计算机辅助工艺设计系统中工件装夹规划的自动生成算法.基于扩展有向图,建立了零件的公差信息和基准-加工特征关系的数学表示模型,基于公差分析和制造资源能力模型,建立了从单件层到多件层的工件装夹工艺生产算法.该数学模型和算法可自动识别工件的加工特征、装夹基准,并根据制造资源能力和公差分析对装夹进行优化分组,实现装夹分组对工件加工精度的影响最小化,进而生成装夹规程.最后以实例证明了该方法的可行性.     

内胀式快速装夹车削夹具

加工轴套零件,常常采用心轴来定位夹紧的方法,但如采用传统的方法,在工件的装夹、工效等各方面还不尽人意。在此,介绍一种利用弹性心轴快速装夹工件的车削夹具。如图1所示为一内胀式快速装夹工件的车削夹具的结构图:     

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。     

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。     

装夹方案与加工顺序综合优化方法研究

装夹方案和加工顺序对零件加工精度具有重要影响,尤其是对薄壁件的加工.不同的装夹方案和加工顺序都会造成不同的工件变形,甚至使工件报废.因此,基于装夹方案分析的加工顺序优化对薄壁件的加工精度控制有着现实的意义.建立了一个工件-夹具-刀具系统模型,可以分析装夹方案对工件变形的影响,并能以装夹方案为基础分析最优加工顺序.以一个典型薄壁件为例,进行了装夹方案和加工顺序优化分析,得出了装夹方案与加工顺序优化一般性的结论.     

夹紧力的施加顺序对薄壁机匣件装夹变形的影响

航空发动机机匣是典型的复杂薄壁件,具有尺寸大、壁厚小和零件的结构刚性较差等特点。为了保证工件加工过程的顺利进行,通常需要采用多个夹具。当夹紧元件对工件施加夹紧力时,由于施加夹紧力的顺序不同可能导致定位元件、夹紧元件与工件接触处发生变化,从而使工件变形。以航空发动机薄壁机匣件为研究对象,利用数学建模的方法分析夹紧力的施加顺序与工件产生变形的关系,建立有限元装夹模型,进一步分析对其变形的影响,运用实际装夹试验验证有限元模型的准确性。结果表明,施加夹紧力的顺序对薄壁件的装夹变形存在明显影响,且对与夹紧力直接接触表面的变形影响较大。     

一种高效铣削空调压缩机气缸共鸣室的夹具设计

针对空调压缩机气缸共鸣室加工装夹耗时长,单工件加工对刀时间长,导致加工效率低的问题,设计开发了一种可以一次装夹8个气缸的夹具,夹具采用气动装置进行自动夹紧。夹具应用表明,缩短了加工时间,提高了加工效率,效果很好,该夹具已在企业推广使用。     

航天典型结构件数控加工高效装夹技术研究

针对复杂、细长、薄壁航天产品装夹次数多、装夹繁琐、效率低下等问题,设计了基于气动原理的快速装夹系统。该系统包括夹紧力理论计算、气路设计、夹紧机械工装和控制系统设计。通过夹紧力理论计算,确定了气缸数量。基于并行设计原理设计了夹紧气路。采用组合夹具式思路设计了夹紧工装。基于DSP技术,实现了控制系统设计。采用该系统对某典型结构件进行了数控加工,零件加工质量和尺寸精度满足设计图样要求。研究结果表明,设计的装夹系统可以高效、可靠地实现零件装夹。     

基于MATLAB优化算法的汽车缸盖多重夹紧力的优化分析

首先通过分析缸盖与夹具定位元件、夹紧元件之间的接触特点,建立了相应的接触副模型。在假定夹具夹紧点的布局位置以及夹紧顺序固定的基础上,以定位元件与工件接触区域半弹性变形所导致的工件最小位移为第一目标函数,同时以接触点变形最小总余能为第二目标函数。根据工件的具体加工过程静力平衡列出约束条件,构建了夹紧力的多目标优化模型。最后,根据多目标优化模型得到相应的结果。夹具的多重夹紧力经过该模型优化后,对应所需的夹紧力显著降低,这对提高加工精度和减少成本具有重要的意义。     

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.     

矿用防爆灯散热器钻攻夹具设计

针对矿用防爆灯散热器在普通钻床钻孔攻丝时,采用传统夹具不能准确定位及有效夹紧的问题,根据工件结构材质及工艺要求特点,设计制作一种能在数控机床上同时装夹5个工件且在一次装夹下完成钻孔、倒角和攻丝工序加工的专用夹具,彻底解决了由于工件材质软、反复装夹等引起的工件定位、工件夹紧难题。通过对加工工件质量检测证明,设计制作的夹具操作安全可靠,工件安装便捷高效,定位误差小,加工辅助时间短,有效保证了工件加工精度,提高了生产效率。     

弱刚性零件夹紧顺序禁忌搜索优化方法研究

对于弱刚性零件精密加工而言,夹紧顺序对加工精度有很大的影响.针对夹具元件的夹紧顺序优化问题,建立了夹紧顺序与工件-夹具系统变形量之间的数学模型,并将夹紧顺序作为设计变量,基于禁忌搜索算法,对夹紧顺序的选择进行优化,达到减小夹具-工件系统的变形的目的,并给出实现所提方法的夹紧顺序优化的具体实例.结果表明,该方法对夹具元件夹紧顺序的合理选择有指导意义.     

铣削框架薄板的少无变形装夹方法

机械加工中工件的定位与夹紧经常会遇到装夹变形,所以要解决工件的少无变形装夹。对于薄片状零件（如磁盘等）极易变形,可用真空吸盘来装夹。对于一些小零件可采用液状橡胶、沥青和低温蜡等将零件粘于夹具上进行加工。