计算机辅助夹具设计中的装夹优化技术研究

摘要

在机械加工中，夹具是用来定位、夹紧工件和支承工件的工艺装备。如果夹具元件与工件接触位置（即夹具元件的布局）和夹紧力大小不合理，会产生较大工件变形，降低加工精度。当前的夹具设计主要以经验为主，难于保证获得最佳的装夹方案，不能适应精密薄壁件生产的需要。本文基于遗传算法和有限元方法，研究了计算机辅助夹具设计中的装夹优化技术，主要研究内容如下： 1. 分析了计算机辅助夹具设计系统总体框架和装夹优化功能，建立了以遗传算法为主优化算法、以有限元方法为目标函数值计算方法的装夹优化流程。对遗传算法的参数控制、约束条件的处理及优化速度加快方法进行了研究，在考虑切削力、夹紧力、摩擦力、切屑对装夹影响的基础上，采用合适的接触模型，建立了参数化的工件-夹具系统有限元求解模型。 2. 研究了以最小化工件最大加工变形为目标函数的单目标装夹优化方法，在此基础上，提出了以工件变形均匀化和加工变形最小化为目标函数的多目标装夹优化方法，实例仿真证明多目标优化方法比单目标优化得到的方案更佳。 3. 研究了求解变夹紧力的优化方法。基于优化后的夹具布局，将加工路径分割成多个工况，对每一个工况采用遗传算法和有限元优化算法求解最优夹紧力，最后得到加工路径上的一组优化夹紧力变化曲线。经过仿真分析，这种方法是有效的。 4. 在深入研究SolidWorks二次开发方法的基础上，完成了基于SolidWorks平台的装夹优化功能模块开发。采用APDL编写参数化的工件-夹具系统有限元求解模型文件，利用MATLAB语言编写遗传算法程序，借助VC++6.0作为开发工具实现了ANSYS、MATLAB、SolidWorks之间的集成。