王少鋒,洪軍,王建國(guó),李寶童,楊朝暉

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,014010,內(nèi)蒙古包頭;2.西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安;3.西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院,710072,西安)

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大型薄壁件多點(diǎn)定位的初始布局優(yōu)化算法研究

王少鋒1,2,洪軍2,王建國(guó)1,李寶童2,楊朝暉3

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,014010,內(nèi)蒙古包頭;2.西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安;3.西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院,710072,西安)

為了抑制大型薄壁件加工過程中傳統(tǒng)“N-2-1”定位原理的支承/定位能力局部失效的現(xiàn)象,以滿足工件夾緊力和外形定位精度為目標(biāo),并基于支承/定位資源約束,提出了跟隨加工區(qū)域布置定位點(diǎn)的“X-2-1”多點(diǎn)支承/定位方法,該方法不僅能保證工件加工過程中的夾持可靠性,而且能實(shí)現(xiàn)對(duì)工件不同加工區(qū)域定位誤差有針對(duì)性的重點(diǎn)防控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:使用該方法計(jì)算得到的工件最大定位誤差小于0.2 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)均布支承/定位點(diǎn)在相同實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)驗(yàn)件0.8 mm的最大定位誤差,從而抑制了工件外形定位誤差對(duì)加工質(zhì)量的擾動(dòng)。提出的支承/定位點(diǎn)初始布局方案可為進(jìn)一步的全局優(yōu)化,并以此控制工件加工變形、提高工藝系統(tǒng)剛度,最終改善加工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

薄壁件;多點(diǎn)定位;初始布局

弱剛度薄殼類零件在自重與外部載荷的作用下,易產(chǎn)生法向變形,傳統(tǒng)“3-2-1”六點(diǎn)定位原理無(wú)法實(shí)現(xiàn)工件的完全定位。鑒于此,Cai等提出了“N-2-1”定位原理[1],但其并不適用于切邊等工藝,原因在于部分支承/定位點(diǎn)的逐漸失效導(dǎo)致相應(yīng)加工區(qū)域剛度減弱。為此,Hu等提出了“X-2-1”動(dòng)態(tài)定位原理[2-3],但從目前已查閱文獻(xiàn)的內(nèi)容看,該理論對(duì)于如何尋找最優(yōu)X的研究還不夠充分。

傳統(tǒng)的裝夾方案依賴于直觀判斷和經(jīng)驗(yàn)的積累,或者有針對(duì)性地對(duì)工件弱剛度部位進(jìn)行加固。其缺陷在于:經(jīng)驗(yàn)的獲取不能滿足加工質(zhì)量的不斷發(fā)展;弱剛度部位的針對(duì)性加固需長(zhǎng)時(shí)間地嘗試和調(diào)整。為此,大量的研究圍繞著工件裝夾定位布局的優(yōu)化展開。King等構(gòu)建了工夾系統(tǒng)的剛性體模型,利用非線性優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化工件靜態(tài)裝夾定位布局[4];DeMeter繼承了文獻(xiàn)[4]的研究成果,并進(jìn)一步約束了裝夾定位布局優(yōu)化過程中的夾緊力[5];Menassa等基于有限元分析對(duì)裝夾定位布局優(yōu)化進(jìn)行了研究[6],優(yōu)化目標(biāo)被設(shè)計(jì)為最小化加工位置處的結(jié)點(diǎn)變形總和;Cai等延伸了文獻(xiàn)[6]的研究工作,更合理地設(shè)置最小化工件法向變形的平方和為優(yōu)化目標(biāo)[1];文獻(xiàn)[7-8]也類似地實(shí)現(xiàn)了所關(guān)注局部結(jié)點(diǎn)變形的最小化分析。由此可看出,上述方法的研究具有設(shè)計(jì)變量的目標(biāo)函數(shù)不明確、最終布局方案的獲取對(duì)優(yōu)化過程的初值異常敏感等缺點(diǎn)。

上述方法只是對(duì)以往方法的改進(jìn),而不是全局最優(yōu)方案。為此,本課題組前期基于數(shù)值計(jì)算探索了大型薄壁件定位參數(shù)對(duì)其定位精度的影響規(guī)律[9],而本文拓展了上述研究工作。以滿足工件夾緊力和外形定位精度為目標(biāo),并基于定位資源(支承/定位點(diǎn)數(shù)量)約束,提出一種跟隨加工區(qū)域布置定位點(diǎn)的多點(diǎn)支承/定位方法,旨在保證在工件可靠裝夾的前提下,高效利用有限的定位資源,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件多點(diǎn)支承/定位參數(shù)的優(yōu)化,為進(jìn)一步控制工件加工變形、提高工藝系統(tǒng)剛度為目標(biāo)的定位點(diǎn)布局全局優(yōu)化提供可靠的初值。

1 “X-2-1”跟隨定位原理

定位的目的是使工件在夾具中相對(duì)機(jī)床、刀具具有確定的位姿?，F(xiàn)有“N-2-1”定位原理無(wú)法抑制弱剛度空間薄壁工件切邊過程中動(dòng)態(tài)變化的支承/定位點(diǎn)數(shù)量所帶來的夾緊力和定位精度的缺失。

針對(duì)上述有效支承/定位點(diǎn)隨切邊路徑動(dòng)態(tài)變化的問題,并受文獻(xiàn)[2-3]的啟發(fā),本文提出一種具有新含義的“X-2-1”跟隨定位原理,如圖1所示,“X”代表在第一基準(zhǔn)面上為保障薄壁工件加工區(qū)域定位精度而布置的支承/定位點(diǎn)數(shù)量;“2”和“1”分別代表在第2、3基準(zhǔn)面上相應(yīng)布置2個(gè)、1個(gè)支承/定位點(diǎn)。該定位方法不僅限制了薄壁件的所有自由度,而且能夠集中有限定位資源,于第一基準(zhǔn)面上有針對(duì)性地在各加工區(qū)域合理布置“X”個(gè)支承/定位點(diǎn),以此在滿足加工過程對(duì)夾緊力需求的前提下,實(shí)現(xiàn)最小化工件加工區(qū)域定位誤差δ的目的。

圖1 “X-2-1”跟隨定位原理

2 多支承/定位點(diǎn)柔性工裝

綜合考慮大型薄壁件的幾何特性及其加工特殊性,為實(shí)現(xiàn)其可靠裝夾與精確定位,設(shè)計(jì)了支承/定位陣列工裝原型,如圖2所示;提出了x和y坐標(biāo)集中調(diào)整、z坐標(biāo)單獨(dú)調(diào)整方案;確定了支承/定位球半徑r=20 mm,吸盤直徑r=80 mm,滑枕數(shù)m=10,各滑枕上支承/定位單元數(shù)n=2,相鄰兩滑枕上支承/定位點(diǎn)沿x方向的最小間距極限值Dx_min=150 mm,同一滑枕上相鄰兩個(gè)支承/定位點(diǎn)沿y方向的最小間距極限值Dy_min=150 mm。

圖2 多點(diǎn)柔性支承/定位陣列工裝原型

圖2所示工裝原型主要由基座、滑枕、滑座、支承/定位單元、真空夾持末端等組成,采用單側(cè)真空吸附實(shí)現(xiàn)工件夾緊?；涎b有10個(gè)滑枕,可沿x軸移動(dòng);各滑枕上裝有2個(gè)滑座,可沿y軸移動(dòng);各滑座上裝有1個(gè)支承/定位單元,可帶動(dòng)頂端真空夾持末端機(jī)構(gòu)沿z軸運(yùn)動(dòng),利用內(nèi)置球頭相切工件支承面完成工件定位。

3 支承/定位點(diǎn)跟隨定位算法

控制加工質(zhì)量的前提是提供足夠的夾緊力,以保障工件裝夾的可靠性,同時(shí)抑制工件定位誤差對(duì)加工質(zhì)量的干擾,可直接通過提高工件外形定位精度實(shí)現(xiàn)。依據(jù)加工路徑將工件支承面分割為加工和非加工區(qū)域,優(yōu)先在加工區(qū)域添加支承/定位點(diǎn),在達(dá)到工件對(duì)夾緊力要求的前提下,進(jìn)一步以滿足工件外形精度為目標(biāo)添加支承/定位點(diǎn),直至達(dá)到支承/定位資源極限,由此確定所需支承/定位點(diǎn)的數(shù)量。此外,為實(shí)現(xiàn)以削弱工件最大定位誤差提高工件定位精度的目的,選取最大定位誤差位置添加支承/定位點(diǎn),可得到滿足工件夾緊力、定位誤差約束的初始裝夾方案。

基于上述思路,跟隨加工區(qū)域的支承/定位點(diǎn)布置流程可表述為如下優(yōu)化問題:

在總定位資源Nmax的約束下,求解各加工區(qū)域的支承/定位方案,即各支承/定位點(diǎn)位置P1,P2,…,達(dá)到工件對(duì)夾緊力需求FJ_max的前提下,削弱工件定位誤差,以此控制工件外形精度,數(shù)學(xué)描述為

目標(biāo)函數(shù) min(δ)=f(P1,P2,…)

約束條件N≤Nmax,FJ≥FJ_min

優(yōu)化過程實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下。

(1)設(shè)置最大支承/定位點(diǎn)數(shù)量Nmax,設(shè)置支承/定位點(diǎn)初始分布P1,P2,…,PN,跟隨加工路徑劃分工件支承面為n個(gè)加工區(qū)域。

(2)構(gòu)建基于支承/定位點(diǎn)分布P1,P2,…,P的工件多點(diǎn)定位誤差數(shù)值分析模型。

(3)求解并提取施加于工件上的夾緊力總和FJ與加工區(qū)域i的最大變形量δi_max,i=1,…,n。

(4)若FJ≥FJ_min,表明工件滿足夾緊力需求,轉(zhuǎn)至步驟(5);若FJ

(5)若δi_max≤δmax,表明滿足工件加工區(qū)域i外形定位誤差約束。令i=i+1,若i>n,表明當(dāng)前定位點(diǎn)分布下,對(duì)所有加工區(qū)域的分析已結(jié)束,且符合工件對(duì)夾緊力和外形精度的需求,故退出計(jì)算;否則,返回步驟(3)。若δi_max>δmax,表明不滿足工件加工區(qū)域i外形定位誤差約束。令N=N+1,并在δi_max處添加支承/定位點(diǎn)。若新增支承/定位點(diǎn)PN滿足其間距約束,則確定在該區(qū)域添加,轉(zhuǎn)至步驟(6);否則,不在該區(qū)域添加,并令N=N-1,轉(zhuǎn)至步驟(6)。

(6)若N>Nmax,表明已超出支承/定位資源約束,退出計(jì)算;否則,令i=i+1,若i>n,表明當(dāng)前支承/定位點(diǎn)分布下,對(duì)所有加工區(qū)域的分析已結(jié)束,更新定位點(diǎn)分布,并令i=1,返回步驟(2),否則,返回步驟(3)。

4 算例研究

本節(jié)選擇工程中常見的平面大型薄壁件多點(diǎn)定位過程為算例,說明跟隨加工區(qū)域的多點(diǎn)定位過程,并且在保證工件加工過程中夾持可靠的前提下,展示該方法對(duì)工件不同加工區(qū)域定位誤差有針對(duì)性重點(diǎn)防控的特性。與本課題組所設(shè)計(jì)的多點(diǎn)柔性支承/定位陣列工裝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,討論分析理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異,進(jìn)一步驗(yàn)證工裝原型設(shè)計(jì)與相應(yīng)定位方法的正確性、合理性。

圖3所示為待分析的平面大型薄壁件,外形尺寸為1 920 mm×1 320 mm,厚度為3 mm,材料為7075鋁合金,彈性模量Ewp為70 GPa,要求提供的夾緊力為5 600 N,且需加工出周邊輪廓,并開兩矩形窗口。依據(jù)對(duì)稱性,取四分之一為研究對(duì)象,沿加工路徑確定,如圖3所示4個(gè)加工區(qū)域,同時(shí)采用Shell 181殼單元,構(gòu)建有限元數(shù)值分析模型,真空法向吸附力為0.05 N/mm2。由此可知,四分之一工件需提供1 400 N夾緊力,并且需保證工件外形精度δmax在[-0.2 mm, 0.2 mm]范圍內(nèi)。

圖3 平面大型薄壁工件樣件

4.1 理論計(jì)算分析

4.1.1 跟隨加工區(qū)域的多點(diǎn)支承/定位歷程 基于多點(diǎn)支承/定位算法,可得圖3所示工件的支承/定位點(diǎn)添加歷程,如圖4～9所示。圖10顯示了工件支承/定位點(diǎn)添加過程中各加工區(qū)域最大定位誤差的變化趨勢(shì)。圖4顯示了初始支承/定位點(diǎn)分布下工件表面z向變形。于各加工區(qū)域最大變形位置添加支承/定位點(diǎn),圖5顯示了第1次添加后的工件外形。

圖4 多點(diǎn)定位過程:初始支承/定位分布

圖5 多點(diǎn)定位過程:第1次添加定位點(diǎn)

圖6 多點(diǎn)定位過程:第2次添加定位點(diǎn)

圖6顯示了第2次添加過程。若各加工區(qū)域均添加支承/定位點(diǎn),夾緊力總和FJ(600 N)不滿足工件需求FJ_min(1 400 N),故應(yīng)在各加工區(qū)域添加支承/定位點(diǎn),然而在對(duì)加工區(qū)域4的添加過程中,無(wú)法搜索到符合支承/定位點(diǎn)間距約束的位置,本次添加過程未在加工區(qū)域4進(jìn)行。類似地,圖7所示的第5次添加過程未在加工區(qū)域3進(jìn)行。

圖7 多點(diǎn)定位過程:第5次添加定位點(diǎn)

如圖8所示,第6次添加后夾緊力總和達(dá)到1 425 N,滿足加工需求。因此,第7次添加過程在加工區(qū)域1、2進(jìn)行,同時(shí)發(fā)現(xiàn)加工區(qū)域2的最大定位誤差δ2_max(0.170 8 mm)滿足工件外形精度要求,故第7次添加過程不再選擇對(duì)加工區(qū)域2進(jìn)行添加,而加工區(qū)域1的最大定位誤差δ1_max(0.244 8 mm)不滿足要求,故第7次添加僅選擇在該區(qū)域中進(jìn)行。如圖9所示,第7次添加后,支承/定位點(diǎn)數(shù)目達(dá)到極限,故支承/定位點(diǎn)添加過程結(jié)束。

圖8 多點(diǎn)定位過程:第6次添加定位點(diǎn)

圖9 多點(diǎn)定位過程:第7次添加定位點(diǎn)

經(jīng)計(jì)算可知,夾緊力總和滿足工件需求,加工區(qū)域1的最大定位誤差δ1_max(0.196 8 mm)幾乎超過允許極限,這是因?yàn)樗鸬拇笞冃伪憩F(xiàn)為工件的邊緣翹曲,但該區(qū)域?qū)俟ぜ淞喜课?對(duì)加工質(zhì)量影響微弱,故可忽略。

圖10 加工區(qū)域最大定位誤差變化歷程

4.1.2 支承/定位球心位置的求解 結(jié)合圖2所示工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束,即各滑枕上支承/定位球心具有相同的x坐標(biāo),對(duì)圖9所示支承/定位點(diǎn)布局進(jìn)行微調(diào),得到該工件支承/定位點(diǎn)布局,計(jì)算可得多點(diǎn)柔性支承/定位陣列工裝的支承/定位球心空間坐標(biāo),如表1所示。

表1 支承/定位球心空間坐標(biāo) mm

4.2 實(shí)驗(yàn)比對(duì)分析

應(yīng)用表1所示理論計(jì)算結(jié)果,進(jìn)行樣件的裝夾定位測(cè)試,實(shí)驗(yàn)過程主要包括支承/定位球的標(biāo)定、工件在工裝系統(tǒng)上的夾持、工件外形定位誤差的測(cè)量與分析。

4.2.1 支承/定位球標(biāo)定 支承/定位球的標(biāo)定是指對(duì)支承/定位球進(jìn)行球心空間位置標(biāo)定,標(biāo)定儀器采用Leica AT901激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng),標(biāo)定過程分為兩個(gè)階段:①使用反射標(biāo)靶對(duì)工裝系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定孔1～3進(jìn)行測(cè)量,在測(cè)量軟件PC-DIMS中,以標(biāo)定孔1到2和標(biāo)定孔1到3的連線方向分別為x軸和y軸,構(gòu)建工裝系統(tǒng)世界坐標(biāo)系的xy平面,并以工裝系統(tǒng)左下角最外側(cè)支承/定位球心為坐標(biāo)系原點(diǎn),構(gòu)建工裝系統(tǒng)世界坐標(biāo)系;②采用Leica AT901激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)組件T-Probe,對(duì)工裝各支承/定位球進(jìn)行測(cè)量,并依據(jù)支承/定位球心坐標(biāo)值,調(diào)整對(duì)應(yīng)球心的空間坐標(biāo),以此形成工件支承面的多點(diǎn)包絡(luò)。

4.2.2 工件的定位夾持 對(duì)應(yīng)四分之一有限元分析模型,并考慮模型中對(duì)稱邊界的影響,選用薄壁實(shí)驗(yàn)工件尺寸為1 000 mm×700 mm,板厚為3 mm,材料為7075鋁合金。將工件蒙在標(biāo)定好的工裝支承/定位球包絡(luò)面上進(jìn)行定位,進(jìn)而開啟真空吸附系統(tǒng),對(duì)工件進(jìn)行真空吸附夾持,如圖11所示。

圖11 工件的夾持定位(-0.5 MPa吸附)

4.2.3 工件定位誤差的測(cè)量與分析 選用Faro Laser ScanArm多關(guān)節(jié)測(cè)量臂系統(tǒng)對(duì)工件定位誤差進(jìn)行測(cè)量,其優(yōu)勢(shì)在于可精確掃描黑色和高反光材質(zhì)工件外形,測(cè)量精度可達(dá)0.01 mm。測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,去除工件表面油污,并使用顯像劑將其噴涂均勻,進(jìn)而通過探頭發(fā)出激光束,照射到工件表面上,采集工件表面離散點(diǎn),再通過大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取被測(cè)物的詳細(xì)參數(shù),如圖12所示。

圖12 工件定位誤差的測(cè)量環(huán)境

將工件定位后表面實(shí)測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)同時(shí)導(dǎo)入Imageware軟件,以兩組點(diǎn)云中支承/定位點(diǎn)為基準(zhǔn),對(duì)上述兩組點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)準(zhǔn),進(jìn)而對(duì)工件外形實(shí)測(cè)點(diǎn)云進(jìn)行3D反求,并依據(jù)理論數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)位置關(guān)系對(duì)工件3D反求模型進(jìn)行分割,以此實(shí)現(xiàn)分割后的工件表面數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)測(cè)擬合值與ANSYS計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。圖13顯示了表1所列支承/定位點(diǎn)布局下工件表面數(shù)據(jù)點(diǎn)實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的比對(duì),可見變化趨勢(shì)基本一致。表2顯示了工件各加工區(qū)域的最大定位誤差的偏差。

圖13 工件定位誤差(z向)實(shí)測(cè)擬合值與理論計(jì)算值全局對(duì)比

加工區(qū)域最大定位誤差/mm理論實(shí)測(cè)偏差/mm10.19680.24900.050420.17010.21300.042930.17410.14100.033140.11110.08700.0241

為了進(jìn)一步觀察工件定位誤差的變化趨勢(shì)及實(shí)測(cè)值與其理論值的偏差,分別沿圖13所示x為40、270、490、660、930 mm和y為40、210、510、660 mm的方向?qū)ぜㄎ徽`差變化規(guī)律進(jìn)行觀察,可發(fā)現(xiàn)工件定位誤差的變化趨勢(shì)主要表現(xiàn)為:靠近對(duì)稱邊界附近的區(qū)域受對(duì)稱邊界條件的影響較小,但相對(duì)于工件其他位置,該處變形更大,主要原因在于實(shí)驗(yàn)用工件只模擬了其理論模型的四分之一部分,無(wú)法構(gòu)造理論計(jì)算中的對(duì)稱邊界,因此與理論計(jì)算結(jié)果相比較,實(shí)物工件在靠近對(duì)稱邊界附近的區(qū)域缺少了理論模型中對(duì)稱部分的牽拉,因此表現(xiàn)為較大翹曲變形,如圖14、15所示。

此外,工件外側(cè)邊緣區(qū)域和非加工區(qū)域具有較大變形量,如圖16、17所示,但相對(duì)加工區(qū)域處的定位誤差而言,其對(duì)加工質(zhì)量的影響并不顯著,該布局結(jié)果也正體現(xiàn)了本文所提布局方法重點(diǎn)防護(hù)加工區(qū)域定位誤差的特性。

圖14 工件定位誤差(z向)實(shí)測(cè)擬合值與理論計(jì)算值偏差:y=660 mm

圖15 工件定位誤差(z向)實(shí)測(cè)擬合值與理論計(jì)算值偏差:x=930 mm

圖16 工件定位誤差(z向)實(shí)測(cè)擬合值與理論計(jì)算值偏差:y=40 mm

圖17 工件定位誤差(z向)實(shí)測(cè)擬合值與理論計(jì)算值偏差:x=40 mm

5 結(jié) 論

本文緊密結(jié)合大型薄壁件加工過程中多點(diǎn)支承/定位這一基礎(chǔ)理論問題,提出了一種跟隨加工區(qū)域布置定位點(diǎn)的“X-2-1”定位原理與定位方法。同時(shí),以常見的大型薄壁件的多點(diǎn)支承/定位為案例,展示了跟隨加工區(qū)域布置支承/定位點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)流程,對(duì)比了定位后工件外形的理論計(jì)算與實(shí)測(cè)值,結(jié)果表明對(duì)應(yīng)支承/定位點(diǎn)布局下工件定位誤差的變化趨勢(shì)基本一致,且20個(gè)支承/定位點(diǎn)資源約束下,相應(yīng)實(shí)驗(yàn)件最大定位誤差小于0.2 mm,滿足工程需求,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)均布支承/定位點(diǎn)在相同實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)驗(yàn)件0.8 mm的最大定位誤差[10],進(jìn)一步驗(yàn)證了有限支承/定位資源約束下跟隨加工區(qū)域布置定位點(diǎn)的定位方法的正確性與合理性。

本文所提跟隨加工區(qū)域布置支承/定位點(diǎn)的定位方法有利于設(shè)計(jì)人員在保障工件加工過程中夾持可靠的前提下,基于有限支承/定位資源對(duì)工件不同區(qū)域的定位誤差實(shí)施有針對(duì)性的重點(diǎn)防控,并為控制工件加工變形、提高工藝系統(tǒng)剛度為目標(biāo)的支承/定位點(diǎn)布局全局優(yōu)化提供了可靠的優(yōu)化初值。

[1] CAI W, HU S J, YUAN J. Deformable sheet metal fixturing: principles, algorithms, and simulations [J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 1996, 118(3): 318-324.

[2] 胡福文, 李東升, 李小強(qiáng), 等. 面向飛機(jī)蒙皮柔性?shī)A持?jǐn)?shù)控切邊的定位仿真系統(tǒng)及應(yīng)用 [J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2012, 18(5): 993-998. HU Fuwen, LI Dongsheng, LI Xiaoqiang, et al. Locating simulation for aircraft skins NC trimming based on flexible holding fixture [J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2012, 18(5): 993-998.

[3] 胡福文, 李東升, 李小強(qiáng), 等. 蒙皮柔性?shī)A持?jǐn)?shù)控切邊的工藝設(shè)計(jì)方法 [J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 38(5): 675-680. HU Fuwen, LI Dongsheng, LI Xiaoqiang, et al. Process planning of aircraft skins NC trimming based on reconfigurable fixture [J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2012, 38(5): 675-680.

[4] KING L S, HUTTER I. Theoretical approach for generating optimal fixturing locations for prismatic workparts in automated assembly [J]. Journal of Manufacturing Systems, 1993, 12(5): 409-416.

[5] DEMETER E C. Min-max load model for optimizing machine fixture performance [J]. Journal of Engineering for Industry, 1995, 117(2): 183-186.

[6] MENASSA R J, DEVRIES W R. Optimization methods applied to selecting support positions in fixture design [J]. Journal of Engineering for Industry, 1991, 113(4): 412-418.

[7] PONG P C, BARTON R R, COHEN P H. Optimum fixture design [C]∥Proceedings of the 2nd Industrial Engineering Research Conference. Los Angeles, CA, USA: IIE, 1993: 6-10.

[8] DEMETER E C. Fast support layout optimization [J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1998, 38(10/11): 1221-1239.

[9] 劉春青, 洪軍, 王少鋒, 等. 飛機(jī)薄壁件多點(diǎn)柔性定位變形控制尋優(yōu)算法 [J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 47(8): 1191-1197. LIU Chunqing, HONG Jun, WANG Shaofeng, et al. Searching optimization algorithm for deformation control of aircraft thin-walled parts in multi-point flexible tooling system [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2013, 47(8): 1191-1197.

[本刊相關(guān)文獻(xiàn)鏈接]

吳繼琸,朱剛賢,陸斌,等.自愈合效應(yīng)對(duì)光內(nèi)送粉激光變斑熔覆成形薄壁件的影響.2016,50(1):145-150.[doi:10.7652/xjtuxb201601022]

周強(qiáng),劉志剛,洪軍,等.卡爾曼濾波在精密機(jī)床裝配過程誤差狀態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用.2015,49(12):97-103.[doi:10.7652/xjtuxb201512016]

侯明明,吳九匯,姜寧.旋轉(zhuǎn)封閉薄壁球殼輻射噪聲的多極展開方法.2014,48(7):102-108.[doi:10.7652/xjtuxb201407 018]

黃澤華,李建勇,樊文剛,等.復(fù)雜曲面薄壁葉片點(diǎn)銑加工彈性變形預(yù)測(cè).2012,46(5):67-72.[doi:10.7652/xjtuxb2012 05012]

徐海洋,宋國(guó)兵,樊占峰,等.行波波頭的參數(shù)識(shí)別方法在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用.2016,50(2):85-90.[doi:10.7652/xjtuxb201602015]

王新孟,楊軍,梅雪松,等.精密坐標(biāo)鏜床進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差分析與預(yù)測(cè).2015,49(10):22-28.[doi:10.7652/xjtuxb201510 004]

郝雙暉,王磊,宋寶玉,等.交流伺服系統(tǒng)永磁同步電機(jī)電流及位置二級(jí)狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì).2015,49(5):100-107.[doi:10.7652/xjtuxb201505016]

吳杰,馮祖仁,劉恒,等.水下目標(biāo)多元聲傳感陣列網(wǎng)絡(luò)定位方法.2015,49(4):40-45.[doi:10.7652/xjtuxb201504007]

董恩清,劉偉,宋洋.采用三角形節(jié)點(diǎn)塊處理無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位中節(jié)點(diǎn)翻轉(zhuǎn)歧義的迭代方法.2015,49(4):84-90.[doi:10.7652/xjtuxb201504014]

王云龍,吳瑛.聯(lián)合時(shí)延與多普勒頻率的直接定位改進(jìn)算法.2015,49(4):123-129.[doi:10.7652/xjtuxb201504020]

(編輯 趙煒 杜秀杰)

Initial Distribution Optimization for Multi-Point Location of Large Thin-Walled Components

WANG Shaofeng1,2,HONG Jun2,WANG Jianguo1,LI Baotong2,YANG Zhaohui3

(1. School of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou, Inner Mongolia 014010, China; 2. State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 3. School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)

To restrain the dynamic change of effective locators in the manufacturing process of large thin-walled components, a new “X-2-1” locating method is proposed to distribute the location/support points following machining region, with the goal to meet the requirements for the clamping force, positioning accuracy and maximum support capacity. This method can ensure reliable clamping in the machining process of workpieces, and control positioning error in different machining regions. Simulation and experiment show that the maximum positioning error is 0.2 mm, much better than that obtained when twenty location/support points are distributed evenly over the whole support area of a workpiece. The improvement suppresses the perturbations of clamping deformation to machining quality. Furthermore, the optimization result of initial distribution of location/support points provides a foundation for a further global optimization of multi-point location distribution of large thin-walled components so as to increase process system’s stiffness, decrease machining distortion, and improve machining quality.

thin-walled component; multi-point location; initial distribution

10.7652/xjtuxb201605006

2015-10-27。 作者簡(jiǎn)介:王少鋒(1980—),男,講師。 基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(51405377)。

時(shí)間:2016-03-04

http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20160304.1649.002.html

TH161

A

0253-987X(2016)05-0038-07