多目标夹具布局建模与基于Memetic算法的优化设计

摘要

机床夹具是在生产制造过程中被广泛应用的夹持装备，用于工件在机床工作台上的定位和夹紧。夹具定位元件的制造和安装误差以及工件定位稳定性等因素会导致工件产生位姿偏差，即工件的实际位置与理论位置存在误差，最终导致工件产生加工误差。通过分析夹具定位布局对工件定位精度与稳定度的影响，建立了多目标夹具布局模型，可以准确获得由已知定位误差所导致的工件位姿偏差，进而对夹具进行优化设计以减小工件的位姿偏差。本文主要对夹具布局进行研究，完成了以下工作：
　　首先，分析了机床夹具的定位误差与工件位姿偏差之间的关系，建立了描述工件位姿误差与夹具各定位元件误差之间的定位精度模型，求得由已知的夹具定位误差引起的工件位姿误差；分析了工件的定位稳定性与定位点布局的整体几何图形之间的关系，建立了工件定位稳定性模型。通过调整每个定位点的位置来调整夹具定位布局的的几何分布，最终使得工件的定位最稳定，从而在加工过程中减少工件的偏转或位移，进而使得工件的位姿偏差最小，提高工件的加工精度。
　　其次，由于工件的位姿误差模型与定位布局的几何稳定性模型都与夹具定位点位置相关。因此，将工件的位姿误差模型与定位布局的几何稳定性模型联立，组成最小化的多目标夹具布局优化模型。该模型综合考虑了影响工件位姿偏移的稳定性因素与定位点的误差因素，在给定各个定位点的误差时，通过对目标函数的优化，使得工件位姿偏移量最小、工件定位更稳定，最终提高工件的加工精度。
　　最后，提出了一种基于Memetic Algorithms(MA)的多目标夹具布局优化的新方法。通过熵权法计算得出每个目标函数的权系数，再将各目标函数的权系数乘以其对应的目标函数，相加求和得到评价函数。之后再利用MA优化计算出评价函数的最优值，也就获得了最优夹具布局。通过与基于GA（遗传算法）的单目标优化方法得出工件位姿偏移最小量的结果进行对比验证多目标夹具布局优化模型的正确性；MA与GA的收敛性对比，验证文中所提出的多目标优化方案的有效性和可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 工件定位精度分析与建模

2.1 工件定位精度分析

2.2 工件定位精度模型

2.3 本章小结

第三章 工件定位稳定性分析与建模

3.1 工件定位稳定性分析

3.2 几何分布稳定性模型

3.3 本章小结

第四章 基于Memetic算法的夹具布局优化

4.1 一般多目标优化问题及解决方法

4.2 多目标夹具布局优化模型及方法

4.3本章小结

第五章 夹具布局模型与多目标算法结果分析

5.1夹具定位布局模型对比分析

5.2 夹具布局优化结果对比分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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