夾具敏捷設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵技術(shù)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(zhì)量和研制周期。在當(dāng)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(shè)計(jì)與制造的工作量相當(dāng)大，由于夾具準(zhǔn)備不及時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品延遲交付和由于裝夾不當(dāng)導(dǎo)致工件變形的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此夾具的快速優(yōu)化設(shè)計(jì)成為迫切需要解決的問題。本文在對(duì)夾具敏捷設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和流程分析的基礎(chǔ)上，從并行設(shè)計(jì)、資源柔性管理、結(jié)構(gòu)變異、夾具優(yōu)化、快速裝配等方面深入研究了夾具敏捷設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)集成框架。分析了基于特征的工件集成模型，重點(diǎn)研究了裝夾特征模型、裝夾特征提取流程、約束特征識(shí)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(shí)現(xiàn)了異構(gòu)環(huán)境的信息集成。詳細(xì)討論了夾具結(jié)構(gòu)管理、配置管理、夾具設(shè)計(jì)過程管理功能，并實(shí)現(xiàn)了夾具敏捷設(shè)計(jì)與PDM的集成，使PDM強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能得到了延伸。 為了實(shí)現(xiàn)夾具

3、設(shè)計(jì)資源的柔性管理和有效共享，建立了基于夾具結(jié)構(gòu)樹和特征網(wǎng)的夾具模型，以及支持夾具設(shè)計(jì)全過程的設(shè)計(jì)資源模型。采用事物特性表對(duì)元組件、夾具等關(guān)鍵設(shè)計(jì)資源特性進(jìn)行了描述，對(duì)元件、組件、夾具等關(guān)鍵設(shè)計(jì)資源的自動(dòng)幾何建模方法進(jìn)行了研究，在元件建模基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了組件和夾具級(jí)的尺寸驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)幾何建模。 將實(shí)例推理方法應(yīng)用于夾具設(shè)計(jì)全過程，在方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)等階段實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)重用。重點(diǎn)分析了分層檢索機(jī)制、推理機(jī)制、修改機(jī)制、

4、實(shí)例存儲(chǔ)策略。針對(duì)夾具實(shí)例修改難題，研究了夾具模板構(gòu)建、基于模板的變異分類、變異知識(shí)獲取與表達(dá)、變異流程等關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)了元組件規(guī)格和位置的變異。 夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)是精密薄壁件夾具敏捷設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，為此，建立了以最小工件變形和最均勻變形度為目標(biāo)函數(shù)的夾具布局和夾緊力多目標(biāo)同步優(yōu)化模型，基于遺傳算法和有限元法實(shí)現(xiàn)了夾具多目標(biāo)同步優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。在建立有限元模型時(shí)，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(shí)際。提出了基于優(yōu)化布局，采用變夾緊力進(jìn)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(dòng)態(tài)夾緊力求解模型和求解方法。通過實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，夾具布局和夾緊力多目標(biāo)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(fù)雜性，將裝配模型分成了節(jié)點(diǎn)層和特征層，在節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了夾具的快速裝配。 最后，完成了基于