飞机结构件机械加工柔性夹具系统

1、飞机结构件机械加工柔性夹具系统摘要：最佳的夹具结构是减小工件加工变形的关键。本文提出了一种柔性加工 夹具结构优化的方法。研究了一种由自适应夹紧装置、定位装置和辅助定位装置 组成的柔性夹具系统。采用实验方法，研究了两个零点固定器之间的距离、浮动 固定器的夹紧力、浮动固定器的用量等固定参数与加工变形的关系。此外，还采 用敏感度分析加工方法来评估固定参数对加工变形的影响。构造自适应惩罚函数 (APF)来搜索装夹参数的最优设置。对比分析不同的最佳固定参数，获得的雷达回 波测距仪和有源滤波器。采用单边构件验证了该方法的有效性。关键词：飞机结构件机械加工柔性夹具一、飞机结构件机械加工概述现有的飞机结构件加

2、工夹具设计方法中存在如下问题：(1)大多数研究采用传统的定位原理来支撑工件。(2)一些学者利用遗传算法对夹具布局进 行优化:但是，这种优化技术并没有与其他进化算法进行比较(3)现有的夹具布局优化问题研 究没有给出全局解或近似最优解。进一步阐明了加工变形与定位参数之间的关系。所以本文针对柔性加工在减小加工变形方面的应用，提出了一种较为新颖的柔性夹具系 统中夹具配置的优化方法。二、飞机结构件机械加工柔性夹具系统设计及优化2.1柔性夹具系统的组成在加工过程中，残余应力场对加工变形有显著影响。此外，刀具阻尼系统或工件和刀具 的热偏转也会导致与变形有关的各种问题。为了减少加工变形，提出了柔性夹紧方法。在

3、加 工间隔期间释放夹紧约束，以减小加工变形，缓解内部残余应力的潜在能量或调整加工工艺。设计的柔性夹具系统包括液压电子控制系统、个人计算机(PC)、浮动夹具、零点夹具和 摆动夹具。柔性夹具系统对三个夹具和工件的状态进行监测，并将数据传输到PC机。同时， PC机通过分析测功机的切削力信号来判断计算机数控机床的稳定性。当机床处于非工作状态， 如更换刀具或切换程序时，柔性固定系统松开夹具，释放变形。完成夹具调整后，机床浮动 夹具是一种自适应夹紧装置，通常设置在工件的浮动区域，以保持工件的稳定性和加工基准。 浮动夹具一般有两种功能。首先，它可以与定位单元配合，完全约束受静态阻尼力和动态切 削力作用的工件

4、。另一方面，浮动夹具还可以调整支承位置和方向，以适应工件的变形。以零点夹具为定位单元，摆动夹具为辅助定位单元。零点夹具和摆动夹具都设置在工件 的固定区域，利用一平面和两孔的定位原理来保证加工基准。柔性加工包括两个阶段，即加 工阶段和变形释放阶段。在加工阶段，工件由零点夹具、摆动夹具和浮动夹具支承。所有的 夹具都是由油压驱动的。在解除变形台、浮动夹具和摆动夹具上松开，使工件解除变形。此 外，工件由两个零点夹具支撑。当残余应力被释放和重新分布时，工件会发生变形，达到新 的平衡状态。浮动夹具然后支持分离的工件和摆动夹具和两个零点夹具固定工件再次。然后 在下一个加工阶段消除变形。设计的柔性夹具系统能够

5、根据工件的形状，建立夹具方案(包括固定区域、浮动区域、夹 紧力和浮动夹具的数量);在加工过程中，对机床夹具的状态进行持续监测，如果遇到问题， 系统会报告误差，并立即提供解决方案。如果系统不能解决问题，操作任务立即停止。本研究采用两个零点夹具、三个摆动夹具和n个浮动夹具。图2显示了两个典型的飞机 部件，即机翼纵梁和机翼肋的固定结构示意图。进一步将零件划分为两个区域固定区域和浮 动区域。固定区域由两个零点夹具和三个摆动夹具组成，它们应该是工件的质心，以保持工 件的稳定性和加工基准。固定区域II包含一个约束两个自由度的短圆柱销和一个金刚石形销 连接应变一个自由度。因此，六自由度可以约束零点定位和摆动

6、夹具。浮动区域由n个浮动 夹具组成，在整个加工过程中保持工件的稳定，并且浮动夹具还可以在加工间隔期间调整支 承位置和方向，以适应工件的变形。因此，将柔性夹具系统的定位原理表示为3-2-1 + n。而 两个零点夹具之间的距离、浮动夹具的夹紧力以及浮动夹具的数量对工件的最终变形有显著 影响。因此，本文对三种固定参数进行了综合研究。2.2基于自适应惩罚函数的固定参数优化方法基于所建立的固定模型和固定参数的确定，提出了一种新型的有源滤波器，以获得最佳 的固定参数罚函数法是求解约束问题的一种间接方法，它利用约束条件确定合适的罚函数， 将约束最优化问题转化为一系列无约束最优化问题。使用APF方法寻找最佳装

7、夹参数的过程， 采取以下步骤：第一步:根据装夹参数的约束条件，构造自适应目标惩罚函数。第二步:设计了一个惩罚因子，本文设计的惩罚因子为1/2ni。第三步:检查设计的惩罚因子是否为收敛函数。如果没有，那么返回到第二步。第四步:设置nu的初始值，得到第一解和第一目标函数m。第五步:开始迭代过程。随着ni值从0到n的变化，y值先急剧下降后缓慢下降。第六步: 计算每次迭代的相应解和目标函数值，以便回到步骤5时计算。值得注意的是，t是一个最 小值是手动指定根据Im，这个对象。第七步:计算解的适应度。计算后一个适应度是否大于或等于它前面的值。如果是，目 标函数值为最小加工变形量，则目标函数值为最优夹具参数

8、。如果没有，返回到第5步。对建立的模型和参数变化进行分析和研究能够得出，加工变形随着阻尼力的增加而减小， 先略有减小，然后随着两个零点夹具间距的增加而增大。采用较小的夹紧力和两个零点夹具 之间的中间距离，可获得最小的加工变形(0.68 mm)，最大加工变形为0.91 mm。此外，两个 零点夹具之间的距离和浮动夹具的夹紧力之间的相互作用对加工变形影响不大。此外，加工 变形随着浮动夹具数量的增加而减小，随着两个零点夹具间距离的增加而略有减小，然后增 大。在高浮动夹具数量和两个零点夹具间距离中值的情况下，得到加工变形的最小值(0.31 mm)。在此基础上，通过对加工变形的分析，得到了加工变形的临界值

9、(1.08mm)，浮动固定 量最少，两个零点夹具之间的距离最大。最后，加工变形随着浮动夹具数量和夹紧力的增加 而减小。加工变形的最小值为0.32 mm，最大值为0.92 mm。三、结束语综上所述，提出了一种柔性加工夹具固定成形优化的新方法。采用该方法寻找两个零点 夹具之间的最佳距离和浮动夹具的夹紧力，并优化浮动夹具的数量，使工件的最终加工变形 最小。设计的柔性系统包括浮动夹具、零点夹具和摆动夹具。浮动夹具用于工件的支承和工 件的自适应夹紧。夹具系统采用3-2-1 + n定位原理来确定工件，通过反应曲面法加工建立加 工变形。随着浮动夹具数量和夹紧力的增加，加工变形逐渐减小，先略有减小，后随两点间 距的增加而增大。参考文献:高升,王细洋涨昆仑，黄琦，于海军.基于PLC的飞机结构件变夹紧力柔性夹具研究J.制 造技术与机 床,2019,(09):147-151.