悬臂件加工智能夹具的机械结构设计及优化研究
发布时间：2021-12-28 11:41
随着太阳能热发电事业的不断发展,光热发电技术越来越引起人们的关注,其中,槽式太阳能热发电集热器元件支架之一悬臂件的高效加工也变得尤为重要。在机械加工中,由于悬臂件整体尺寸大、刚度低、加工精度要求高,且前道工序焊接变形大,使工件的装卡困难,人工调整时间长,难以满足批量生产要求。课题组针对大尺寸低刚度悬臂件加工问题,设计开发了适用于悬臂件加工的专用设备,本文对该设备的智能夹具进行了重点研究,主要工作内容如下:（1）以传统的工件装夹理论和主动寻位技术原理为基础,建立悬臂件定位夹紧原理模型,设计了悬臂件加工专用智能夹具,借助SolidWorks软件建立各部分的三维模型,完成了三维模拟装配。（2）采用理论计算和仿真相结合的方法,对夹具中的重要零件进行的受力分析,确定其刚度满足使用要求。（3）利用齐次坐标转换方法,分析了工件焊接工序导致误差与工件位置偏差之间的关系,运用理论力学相关知识,分析了局部变形和整体位置偏移的关系,并建立了工件定位面受夹紧力后产生的局部变形和整体位置偏移模型。对在加工时零件所受动态载荷对零件位姿偏差产生的作用进一步建模分析,利用拉格朗日能量法和牛顿欧拉公式,确定零件受动态载...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
夹具在不同生产操作的应用图
悬臂件加工智能夹具的设计及优化研究4图1.2夹具设计流程图(3)基于图论的装夹规划方法。张发平等人[13,14]研究了工件装夹顺序和自动生成装夹规划的算法。基于扩展有向图，公差分析和制造资源的能力模型，分别建立了零件的公差信息和基准-加工特征关系的表示模型和工件装夹工艺生产算法，通过该数学表示模型和算法，自动确定工件的装夹分组及每次装夹过程中的加工面、定位面和夹紧面，最后生成对应的夹紧顺序。(4)基于混合智能算法的装夹规划方法。Huang等人[15]把复杂的装夹规划过程计划建模为带有约束的组合优化问题，开发了一种混合图和遗传算法的方法，该方法通过同时考虑顺序约束、选择制造资源与确定设置计划以实现全局最优装夹规划方案。通过图论和矩阵理论相结合来生成装夹约束的数学表达，然后将其嵌入到算法。根据加工特征之间的优先约束关系制定成加工特征间的优先顺序图（OPG)，利用OPG拓扑排序算法将遗传算法随机生成的非切实的夹紧方案转变成切实的夹紧方案。（5）基于神经网络的装夹规划方法。Ming等人[16]采用Kohonen自组织神经网络和Hopfield网络来有效解决装夹规划中的排序问题。根据装夹规划中不同步骤的性质，即工件加工过程中特征的加工方向、特征间的关系及特征间公差关系的约束，利用Kohonen自组织神经网络来分组特征。将装夹组之间的排序和同一装夹内加工特征的排序问题映射到“旅行商”约束优化问题，并由Hopfield神经网络解决。郑联语等人[17]利用量化数值形式的方法把工件定位夹紧表示为相关的特征向量，使用BP神经网络的自学习和分布式信息处理的功能来得到夹紧定位的知识，模拟经验丰富人员的图像思维，并进行推理从而生成合理的装夹规划参考方案。
工程硕士学位论文9图2.1工件空间自由度图2.1.3工件的定位所谓工件的定位是通过工件的基本几何元素（点、边、面）与非工件上的定位几何元素（点、边、面）接触来限制工件在空间中的位置，从而消除工件的部分或全部自由度。依据夹具定位的上述特征，从数学角度来看，定位问题可以描述为最小二乘法的优化问题。设yniRi,3,2,1,3，为与工件基准面is对应的模型面上的各个点，则最小化目标函数定义为2321),,,,(iingxyxxxxg（2-1）式中：SEg)3(—基于定位坐标系的工件模型坐标系欧氏变换矩阵;iSx—在工件基准面S上对应的最近点。工件在定位时，通常有三种可能的情况：首先工件的参考特征元素（平面）通常是经过了加工或者处理的表面，利用这些基准特征可以进一步明确工件的空间坐标。这种情况称为工件的常规定位问题。第二，工件的所有参考表面都是经过半精加工或铸造形成的，这些表面需要进一步加工来满足精度要求。一般情况下，工件的定位需要满足所有可以包容工件的未加工表面的CAD模型面，而且加工面都要留有一定的加工余量。这种情况称为工件定位的包容问题。第三，加工后的工件表面既要满足设计的加工要求，而且还有未加工表面，或者半加工表面比较粗糙无法作为定位基准来完全确定工件的位置。因此，必须是精加工的表面作为定位的基准面与工件基准面的加工面进行匹配。所有要加工的表面都在模型表面之外，以确保要加工面留有一定的加工余量。这个问题被称为工件的混合定位包容。以上三种定位形式如下图2.2、2.3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压缸系统基于ANSYS的稳定性分析与模态计算[J]. 蒋理剑,张文辉. 煤矿机械. 2015(09)
[2]螺旋升降机的选用[J]. 王宇,王艳丰. 机械工程师. 2013(02)
[3]基于智能元件的柔性夹具设计新方法（1）[J]. 万能,苟园捷,莫蓉. 计算机集成制造系统. 2012(11)
[4]基于智能元件的柔性夹具设计新方法（2）[J]. 万能,苟园捷,莫蓉. 计算机集成制造系统. 2012(11)
[5]面向可重构机床配置合成的装夹规划方法[J]. 马丽梅,李建勇,徐文胜. 北京交通大学学报. 2012(04)
[6]面向STEP-NC基于加工特征规则聚类的零件装夹规划[J]. 欧阳华兵,沈斌. 计算机集成制造系统. 2012(05)
[7]基于实例推理的组合夹具自动拼装技术[J]. 欧彦江,殷国富,周长春. 计算机集成制造系统. 2011(11)
[8]基于可重构原理的组合夹具计算机辅助拼装方法研究[J]. 欧彦江,殷国富,周长春,刘丽. 四川大学学报(工程科学版). 2009(02)
[9]基于GA和FEM的夹具布局和变夹紧力优化设计[J]. 陈蔚芳,陈华,倪丽君. 数值计算与计算机应用. 2009(01)
[10]基于多重夹紧的工件-夹具间接触力的预测方法[J]. 秦国华,王细洋,吴铁军,敖志强,肖洁. 计算机集成制造系统. 2008(07)
硕士论文
[1]升降式输送机的应用及改进设计[D]. 秦野秋.昆明理工大学 2018
[2]夹具装夹布局动力学分析与优化[D]. 何志芬.南昌航空大学 2016
[3]工件—夹具系统综合误差建模及夹具优化设计方法研究[D]. 王凯.天津大学 2014
[4]复杂薄壁件工艺分析及夹具研制[D]. 刘钦辉.东华大学 2012
[5]装夹误差及其主动控制方法研究[D]. 周静.南京航空航天大学 2011
[6]面向复杂形状工件加工的夹具系统的研究与设计[D]. 慕少鹏.东华大学 2006
本文编号：3553997
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
夹具在不同生产操作的应用图
悬臂件加工智能夹具的设计及优化研究4图1.2夹具设计流程图(3)基于图论的装夹规划方法。张发平等人[13,14]研究了工件装夹顺序和自动生成装夹规划的算法。基于扩展有向图，公差分析和制造资源的能力模型，分别建立了零件的公差信息和基准-加工特征关系的表示模型和工件装夹工艺生产算法，通过该数学表示模型和算法，自动确定工件的装夹分组及每次装夹过程中的加工面、定位面和夹紧面，最后生成对应的夹紧顺序。(4)基于混合智能算法的装夹规划方法。Huang等人[15]把复杂的装夹规划过程计划建模为带有约束的组合优化问题，开发了一种混合图和遗传算法的方法，该方法通过同时考虑顺序约束、选择制造资源与确定设置计划以实现全局最优装夹规划方案。通过图论和矩阵理论相结合来生成装夹约束的数学表达，然后将其嵌入到算法。根据加工特征之间的优先约束关系制定成加工特征间的优先顺序图（OPG)，利用OPG拓扑排序算法将遗传算法随机生成的非切实的夹紧方案转变成切实的夹紧方案。（5）基于神经网络的装夹规划方法。Ming等人[16]采用Kohonen自组织神经网络和Hopfield网络来有效解决装夹规划中的排序问题。根据装夹规划中不同步骤的性质，即工件加工过程中特征的加工方向、特征间的关系及特征间公差关系的约束，利用Kohonen自组织神经网络来分组特征。将装夹组之间的排序和同一装夹内加工特征的排序问题映射到“旅行商”约束优化问题，并由Hopfield神经网络解决。郑联语等人[17]利用量化数值形式的方法把工件定位夹紧表示为相关的特征向量，使用BP神经网络的自学习和分布式信息处理的功能来得到夹紧定位的知识，模拟经验丰富人员的图像思维，并进行推理从而生成合理的装夹规划参考方案。
工程硕士学位论文9图2.1工件空间自由度图2.1.3工件的定位所谓工件的定位是通过工件的基本几何元素（点、边、面）与非工件上的定位几何元素（点、边、面）接触来限制工件在空间中的位置，从而消除工件的部分或全部自由度。依据夹具定位的上述特征，从数学角度来看，定位问题可以描述为最小二乘法的优化问题。设yniRi,3,2,1,3，为与工件基准面is对应的模型面上的各个点，则最小化目标函数定义为2321),,,,(iingxyxxxxg（2-1）式中：SEg)3(—基于定位坐标系的工件模型坐标系欧氏变换矩阵;iSx—在工件基准面S上对应的最近点。工件在定位时，通常有三种可能的情况：首先工件的参考特征元素（平面）通常是经过了加工或者处理的表面，利用这些基准特征可以进一步明确工件的空间坐标。这种情况称为工件的常规定位问题。第二，工件的所有参考表面都是经过半精加工或铸造形成的，这些表面需要进一步加工来满足精度要求。一般情况下，工件的定位需要满足所有可以包容工件的未加工表面的CAD模型面，而且加工面都要留有一定的加工余量。这种情况称为工件定位的包容问题。第三，加工后的工件表面既要满足设计的加工要求，而且还有未加工表面，或者半加工表面比较粗糙无法作为定位基准来完全确定工件的位置。因此，必须是精加工的表面作为定位的基准面与工件基准面的加工面进行匹配。所有要加工的表面都在模型表面之外，以确保要加工面留有一定的加工余量。这个问题被称为工件的混合定位包容。以上三种定位形式如下图2.2、2.3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压缸系统基于ANSYS的稳定性分析与模态计算[J]. 蒋理剑,张文辉. 煤矿机械. 2015(09)
[2]螺旋升降机的选用[J]. 王宇,王艳丰. 机械工程师. 2013(02)
[3]基于智能元件的柔性夹具设计新方法（1）[J]. 万能,苟园捷,莫蓉. 计算机集成制造系统. 2012(11)
[4]基于智能元件的柔性夹具设计新方法（2）[J]. 万能,苟园捷,莫蓉. 计算机集成制造系统. 2012(11)
[5]面向可重构机床配置合成的装夹规划方法[J]. 马丽梅,李建勇,徐文胜. 北京交通大学学报. 2012(04)
[6]面向STEP-NC基于加工特征规则聚类的零件装夹规划[J]. 欧阳华兵,沈斌. 计算机集成制造系统. 2012(05)
[7]基于实例推理的组合夹具自动拼装技术[J]. 欧彦江,殷国富,周长春. 计算机集成制造系统. 2011(11)
[8]基于可重构原理的组合夹具计算机辅助拼装方法研究[J]. 欧彦江,殷国富,周长春,刘丽. 四川大学学报(工程科学版). 2009(02)
[9]基于GA和FEM的夹具布局和变夹紧力优化设计[J]. 陈蔚芳,陈华,倪丽君. 数值计算与计算机应用. 2009(01)
[10]基于多重夹紧的工件-夹具间接触力的预测方法[J]. 秦国华,王细洋,吴铁军,敖志强,肖洁. 计算机集成制造系统. 2008(07)
硕士论文
[1]升降式输送机的应用及改进设计[D]. 秦野秋.昆明理工大学 2018
[2]夹具装夹布局动力学分析与优化[D]. 何志芬.南昌航空大学 2016
[3]工件—夹具系统综合误差建模及夹具优化设计方法研究[D]. 王凯.天津大学 2014
[4]复杂薄壁件工艺分析及夹具研制[D]. 刘钦辉.东华大学 2012
[5]装夹误差及其主动控制方法研究[D]. 周静.南京航空航天大学 2011
[6]面向复杂形状工件加工的夹具系统的研究与设计[D]. 慕少鹏.东华大学 2006
本文编号：3553997
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