夾具敏捷設計若干關鍵技術研究.pdf

1、夾具是一種重要的工藝裝備，直接影響產(chǎn)品的質量和研制周期。在當今航空制造業(yè)中，大多是單件小批和定制生產(chǎn)模式，在這種模式下，夾具設計與制造的工作量相當大，由于夾具準備不及時導致產(chǎn)品延遲交付和由于裝夾不當導致工件變形的現(xiàn)象時有發(fā)生，造成巨大的經(jīng)濟損失，因此夾具的快速優(yōu)化設計成為迫切需要解決的問題。本文在對夾具敏捷設計系統(tǒng)結構和流程分析的基礎上，從并行設計、資源柔性管理、結構變異、夾具優(yōu)化、快速裝配等方面深入研究了夾具敏捷設計問題，取得了以下主

2、要成果： 建立了基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（product data management, PDM）的夾具并行設計集成框架。分析了基于特征的工件集成模型，重點研究了裝夾特征模型、裝夾特征提取流程、約束特征識別方法和特征映射方法。采用XML描述了工件集成模型信息，實現(xiàn)了異構環(huán)境的信息集成。詳細討論了夾具結構管理、配置管理、夾具設計過程管理功能，并實現(xiàn)了夾具敏捷設計與PDM的集成，使PDM強大的數(shù)據(jù)管理功能得到了延伸。 為了實現(xiàn)夾具

3、設計資源的柔性管理和有效共享，建立了基于夾具結構樹和特征網(wǎng)的夾具模型，以及支持夾具設計全過程的設計資源模型。采用事物特性表對元組件、夾具等關鍵設計資源特性進行了描述，對元件、組件、夾具等關鍵設計資源的自動幾何建模方法進行了研究，在元件建?；A上實現(xiàn)了組件和夾具級的尺寸驅動和自動幾何建模。 將實例推理方法應用于夾具設計全過程，在方案設計、優(yōu)化設計、詳細設計、裝配設計等階段實現(xiàn)了設計重用。重點分析了分層檢索機制、推理機制、修改機制、

4、實例存儲策略。針對夾具實例修改難題，研究了夾具模板構建、基于模板的變異分類、變異知識獲取與表達、變異流程等關鍵問題，實現(xiàn)了元組件規(guī)格和位置的變異。 夾具優(yōu)化設計是精密薄壁件夾具敏捷設計的關鍵，為此，建立了以最小工件變形和最均勻變形度為目標函數(shù)的夾具布局和夾緊力多目標同步優(yōu)化模型，基于遺傳算法和有限元法實現(xiàn)了夾具多目標同步優(yōu)化設計過程。在建立有限元模型時，綜合考慮了接觸力、摩擦力、切削力、夾緊力、切屑的影響，使模型更為合理、更貼近

5、實際。提出了基于優(yōu)化布局，采用變夾緊力進一步控制工件變形的方法，分析了基于有限元法和遺傳算法的動態(tài)夾緊力求解模型和求解方法。通過實例進行了驗證，夾具布局和夾緊力多目標優(yōu)化和變夾緊力優(yōu)化可以減小工件變形。 為了減少模型的復雜性，將裝配模型分成了節(jié)點層和特征層，在節(jié)點層引入了有效路徑；在特征層引入了有效特征面和有效作用距離，使裝配模型更趨合理。研究了基于有效路徑和裝配特征面的裝配策略，實現(xiàn)了夾具的快速裝配。 最后，完成了基于