复杂零件多重装夹的性能模型、判断准则及设计算法

采用运动学、工程力学、有限元技术、优化方法与实验验证相结合的手段，研究复杂零件多重装夹方案的性能评价模型与设计算法。通过将理论约束自由度与实际约束自由度之间的逻辑关系转换为判断齐次线性方程组解的存在性的充要条件，研究满足加工精度要求的定位点布局规划逐点设计算法。根据质点运动的速度合成原理和田口试验设计方法，探索定位误差的望目特性以及定位元件尺寸、安装位置的一体化优化方法。阐明零件稳定性与夹紧力存在性之间的等效性，将零件稳定性转化为线性规划问题，结合表面网格离散方法研究夹紧力作用区域的渐进移动算法。研究力的大小与作用点位置的同一尺度空间表示方法，构建夹紧力大小与作用点位置的同步优化设计理论。研究多重夹紧元件作用顺序的分解方法，探明夹紧顺序中零件总余能增量的变化规律以实现夹紧顺序方案的优选。为推动复杂零件制造水平的发展提供基础理论，同时也为促进计算机辅助夹具设计系统的实用化进程提供技术支持。

零件的尺寸、形状与各表面间位置等加工要求，取决于加工过程中零件和刀具之间的位置关系，而零件装夹则是影响零件与刀具之间位置的直接因素。为此，针对形状复杂零件，运用运动学、力学、有限元技术、优化技术等理论与方法，结合实验测试手段，理论联系实际地研究其装夹问题，主要内容包括：.(1)定位确定性分析和定位方案的规划方法：(a)根据工件在加工要求方向上的位置变化必须为零，推导了自由度模型。根据定位元件处工件法向位置变化为零的条件，推导了定位点方案模型。(b)运用齐次线性方程组的解的性质和结构，提出了定位确定性的两个充分条件，即理论条件和工艺条件。(c)依据理论条件和工艺条件，将不合理的定位方案进行了分类。分别针对三类不合理的定位方案，提出了正向设计方法(欠定位)、反向设计方法(全过定位)和混合设计方法(欠过定位)，构建了定位点的修订式设计算法。(d)通过定义工件的定位方案匹配因子，构造出工件的适应度及其相应的权重，建立了定位方案的决策匹配函数。.(2)工件稳定性分析方法：利用虚功原理和齐次线性方程组的解的存在性判断方法，建立了工件稳定性的分析模型及其判断标准。.(3)夹紧合理性分析和柔性工件夹紧方案的规划方法：(a)针对薄壁件的装夹方案建立了有限元模型，以此获得神经网络的训练样本，实验表明有限元仿真误差在3%之内；(b)通过有限的训练样本构建装夹变形的神经网络预测模型，误差不超过3%。(c)建立了以最小装夹变形为目标的装夹布局优化模型及其遗传算法求解技术。.(4)定位准确性分析方法：(a)通过构造定位元件选择因子，运用层次分析法建立定位元件选择方法。(b)首先将定位误差描述为工件与定位元件之间接触点位置变化的函数，然后依据工件与定位元件的接触类型，给出了有向尺寸路径或有向尺寸链的搜索规则，推导出有向尺寸路径或有向尺寸链中接触点位置变化表达式。.(5)此外，在该项基金资助下，课题组还进一步研究了难加工材料切削过程中刀具磨损分析与检测、7075铝合金厚板的多道次蛇形热轧分析与预测、基于预拉伸材料非均匀性的铝厚板残余应力消除机理等方面的研究工作。