薄壁件多点加工时定位点的优化选择

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

簿譬 件 多点力口互日寸定侄 点的优 亿 篷揖口 许 雷 口 汤军社 口 赵闪闪 口 王 勇西北工业 大学 机 电学 院 西安 710072摘 要：针对薄壁件柔性加工定位时，定位点选择困难的问题，将 B样条曲线引入到薄壁件的建模 中，使模型更加符合薄壁件复杂多变的特点；通过 SolidWorks二次开发，对薄壁件进行单元化分割 ，并且对单元的质心坐标进行了提取。将提取薄壁件单元的质心坐标用于质心距离评分的算法中，实现了定位点的优化选择，减小了薄壁件加工的应变量，提高了薄壁件 柔性加工定位 系统的效率。

关键词 ：薄壁件 SolidWorks 二次开发 数据提取 优化中图分类号：TH165；TP391．7 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2013)10-0039—04航 空工 业是 国家经 济建 设 和保卫 国家安 全 的 战略性产 业 ．它 的 产 品—— 现代 飞行 器 集 当今 多项 高新 技术 于一 体 ，被 誉 为现 代科 技 之花 ，中国 已将生 产 商用 大飞 机 作 为 未 来 20年 的 国 家 重 大 科 技 攻 关 项 目?。在 飞机 的众 多 零 件 中 ，飞 机蒙 皮 (薄 壁件 )是 构 建 飞机 外 形的外 表 零件 。具 有保 证 飞机 空气 动 力学 性能 的重要 作| 。 §嚣 曩瓯 -8 l ●
0 l| i_蠹 t▲图 1 美国CAN公司研f 『POG0柔性 工具系统用 ．但 是 由于其 形 状 复 杂 。

加 工 过 程 中 极易 变 形 ， 如 果按 照 传 统 夹 具的 设 计 方 法 .

必 将 造 成 夹 具的 种 类 众 多 、适 应 性 差 、成本 增 加 和 管 理难 度 大 等 问题 ，目前 解 决 此 问题 最 有 效 的 途 径 l2 即柔性 途 径 (如 图 l所 示 )。

柔 性 途 径 通 过 控 制 系 统 来 动 态 生 成 工 装 定 -52／~：承 曲 面 ，并 且 可 通 过信 息 反 馈 来 进 行误 差 校 正 ，因此 ，是一 种 可用 于不 同工 件 加工 的工 装 。

本 文在 SolidWorks建 模 与 二次 开 发 的 基础 上 提出 了 距 离 评 分 算 法 ，优 化 了定 位 点 的 选 择 ，大 大 减 小 了薄 壁 件 加 工 时 的 应 变 量 。

1 薄壁件模型的建立1．1 基 于 变形 B样 条 建 模薄壁 件 的变 化规 律 比较 复杂 ，为使建 立 的模 型 可以得 到 比较满 意 的结 果 ，根 据 文 献 [4]提 供 的 方法 ：利用 三 次 均 匀 B样 条 来 建 模 。三 次 均 匀 B样 条 曲 面 片 方程 为 [ ]：收稿日期：2013年4月机械制造51卷 第590期S“( ， )=UBPBrV (1)( =1，2，? ，m一1 =l，2，? ，凡一1)式 中 ：m 、／,为 u 和 l，方 向 上 的 型 值 点 数 ；U 为 切 向 矢 量矩 阵 ， =[ u u 1]；V为 切 向矢 量 矩 阵 ， =[口1]；P 为 控 制 点 网 络 矩 阵 ； 为 B 样 条 基 甬 数 的系 数 矩 阵 。 其 中 ：e=B=Pt P 。“ P dn Pi‘n+1J 只+l +1 +14+2 +1 +]+2 +2川 Pi+24+2 +24+3+3J +3 +l Pi+34+2 el+34+3b1l b12 b13 bl4 lb2l 6 623 624 Jb31 b32 b33 634 Ib4l 642 643 6“1．2 B样 条 曲 面 的 插 值 根据 给定 的某 张原 型 曲面反 求多 边形 网络 ，然后不 断 修改 正 多边 形 网络 ，最终 得 到满 意 的 曲面 ，称 为 B样 条 曲 面 的插 值 。其 算法 如 下 ，其 中 Q 矩 阵 和 P矩 阵存 在相 应 关系 。

(1)计算 n个 u向多 边形 ，根 据 三次 B样条 曲面的 矩 阵 表 达 式 ，可 以 得 到 ：9 —31，4 7／12 1／61／6 2／3 l／61／6 2／3 1／61／6 7／12 1／4— 3 9尸2JP3√P4J●：lJPmJl6Q1JQ2JQ3JQQ—t6Q且：{ ，z，?这样 可 以求 得计 算 n个 向多边 形 。其 网格为 ：√( 1，2，? ，m+2 =1，2，? ，n)，令 R = J2013／10
表 1 薄壁件单元的数据／cm啦 l， Z 嘶J y Zaco -68．48 21．9 90．5 aso 36．63 一l7．66 90．5aol -68．48 21．9 70 吗l 36．63 一l7．66 70- 68．48 21．9 50 36．63 —17．66 50- 68．48 21．9 30 as3 36．63 一l7．66 30ao4 -68．48 21．9 l0 as4 36．63 —17．66 10GIO -54．2 O．82 90．5 ‰ 57．7l -4．55 90．5口Il 一54．2 O．82 70 n6l 57．71 -4．55 70口l2 -54．2 0．82 50 o,62 57．71 -4．55 50ⅡI3 -54．2 0_82 30 57．71 -4．55 30口l4 -54．2 O-82 lO ‰ 57．7l -4．55 10％ -34．78 —14-29 90．5 咖 76-23 12．O2 90．5啦l -34．78 —14．29 70 嘶l 76．23 l2．O2 70- 34．78 —14．29 50 嘶2 76．23 12．O2 50％ 一34．78 —14．29 30 oo3 76-23 12．O2 30o,24 -34．78 —14-29 10 76．23 12．02 10‰ 一11．76 -23．42 90．5 92．7 30．63 90．5a31 —11．76 -23．42 70 啦l 92．7 30．63 700,3"2 —11．76 -23．42 50 92．7 30．63 50％ 一11．76 -23．42 30 n83 92．7 30．63 30o,34 —11．76 -23．42 10 翰 92．7 30．63 10‰ l2．92 —24．79 90．5 ‰ 107．04 49．73 90．5a41 l2．92 -24．79 70 n9I 107．04 49．73 7012．92 -24．79 50 o,92 107．04 49．73 50o,43 12．92 —24．79 30 oo3 107．04 49．73 3012．92 -24．79 10 n舛 107．04 49．73 10每 个单 元 到加 工单 元 的距 离 (在计 算评 分 时直 接 采用距 离 的平 方 ，因为 开方 后计 算量 很 大 )。其 次计 算 出单元 与 薄壁件 边 缘 的距离 ．最 后 根据 这两 个数 值 来评 估单 元 的价值 数 图 7中 ，Ⅳ为 薄壁 件 中薄壁 单元 的行 总数 ，M 为列 总 数 ， 为经 验 常量 ，哦．，为薄 壁单 元 。

计 算 出每个 单元 的价值 数 以后 ，对 每种 定位 组 合进 行 总价值 数 的评 估 。假 设 每行 定 位 支 柱 为 t，共 有 s行 ．则 总价值 数 ：：F ： ； = (0 <Ⅳ) (2)i=04=0式 中 ： 为对应 于 横坐 标为 单元 的价值 数 。

总价 值 F总最大 的为 最优 定位 组 合 。

5 算法结果验证利 用 SolidWorks自带 的 应 变 分 析 插 件 ，对薄 壁 件 也 就是 如 图 8和 图 9的零 件 进 行 应 变 分析 ，图 中算 例 名称 是本 插件 中分 析 应变 时算 法 的名 称 ．本 插 件 中 选 择 的 算 法 是 ：Simulation XPress机械制造51卷 第590期Study，本 插件 图解类 型 都 为静 态 位移 类 型 。在 所 有 的约 束 和受力 一 样 的情 况 下 ．采用 和不 采用 质心 距 离评分 算法 分别 对 薄壁件 进行 模 拟后 ．从 图 中的结 果 可 以看 出 ，采 用 距 离 评 分 算 法 时 薄 壁 件 的最 大 应 变 为 4．815mm，不 采 用 距 离 评 5)-算 法 时 薄 壁 壁 件 最 大 应 变 为5．601 mm， 则 通 过 采 用 距 离 评 分 算 法 后 应 变 减 小 了14．03％ ，大 大 减 小 了 薄 壁 件 加 工 时 的 应 变 量 。

6 结束语本 文 首 先 根 据 变 形 的 B 样 条 曲 线 建 立 了 薄 壁 件模 型 ，然 后基 于 SolidWorks二 次开 发将 薄壁 件单 元化 .

提取 了薄壁件 单元 质心 坐标 ．将 这些 数据 用 于本 文 提出 的 基 于 距 离 的 评 分 算 法 进 行 定 位 点 的 选 择 ，从 而 实现 了定位 点 的优 化选择 ，大大 减小 了薄 壁件 加 工时 的应变 量 。同时基 于对 SolidWorks的二次 开发 ，使 薄壁 件的数 据提 取更 加简 单和 快速 ．从 而 大大提 高 了整 个 柔性 夹 具 系统 的性能 。

参 考文献[1] 郭恩明．国外飞机柔性装备技术[J]．航空制造技术，2005(9)：28-33.

[2] 门延武 ，周凯．自由曲面薄壁工件加工的柔性定位方法研究[J]，制造技术与机床，2008(10)：113一l17.

2013／10画舍 阃 隙 卒 画 讥 构 的 精 度 优 化 设 计口 颜 珍 口 郭润兰州I理T大学 机电工程学院 兰州 730050摘 要 ：综合 利用概率论与数理统计 相关知识 ，以机 构原 始误 差为随机 变量 ，分析转动 副间隙对机构运动 精度的影响 ，推 导出机 构输 出极限误 差与构件原始误 差及 间隙值的关 系，并综合考虑加 工制造成本 ，构建 出一种 多 目标精度优化设计模型 ．在各杆杆长误差 、转动副间隙值 的大小和加工制造 成本之 间达成均衡 。

关键词 ：间隙 误 差 优化 仿真中图分类号：THl6 l 文献标识码：A 文章编号 ：1000—4998(2013)10—0042—03存x,t~JL器进 行 加 T 制造 时 ，精度 和 成本 是最 引人火 注 的 机 械 加 T 制 造 成 本 与 间 隙 量 和 配 合 精 度 等 级的 高 低 具 有 密 切 关 系 ，所 以 ，在 设 计 间 隙 量 及 构 件 尺 寸误差 时应 权衡 考虑 机构 运动 精度 与加 工 制造 成本 的关系 ? ，本 义从 分 析 转 动 剐 间 隙 对 斯 特 林 发 动 机 曲 柄 一连中r一活 塞 系 统 运 动 精 度 的 影 响 出 发 ．综 合 利 用 概 率 论 与数 理 统 计 相 关 知 识 ，以 机 构 原 始 误 差 为 随 机 变 量 ，推 导}fJ活 塞杆 输 极 限误差 与构 件 原始误 差 及 间隙值 的关系 ，并综 合考 虑加 T制 造成 本 ，构建 一 种 多 目标 精 度优化 设计 模 型 ，在 各杆 杆 长误 差 、转 动 副 间隙值 的大 小和 加 丁制 造 成 本 之 间 达 成 均 衡 。

1 带间隙的机构输出误差随机模型的建立1．1 带 间 隙机 构 的 误 差 模 型如 图 1所 示 ．在 斯 特 林 发 动 机 曲 柄 一连 杆 一活 塞 系统 中 ，曲柄 的有效 长度 为 Z ，连杆 的有 效长 度 为 Z：，活塞的 行 程 为 Z 。机 架 与 曲柄 、曲 柄 与 连 杆 及 连 杆 与 活 塞 杆 的连 接 中均存 在 间隙 ，r 、r2、r3为 3个 铰 链 运 动 副 的 间隙 圆半 径 值 。设 0 、0：分 别 为 曲 柄 、连 杆 的 正 向 与 轴正 向 之 间 的 夹 角 ，OL 、 、 ，分 别 为 3个 间 隙 矢 量 正 向与 轴 正 向 之 间 的 夹 角 ，称 为 间 隙 圆接 触 角 。

根 据 图 1可 以 列 出 机 构 的矢 量 封 闭 方 程 式 ：、．1(z + )=0 (1)将 各 个 矢 量 均 写 成 复 数 形 式 ，则 式 (1)变 为 ：∑(z e q-Ti )：0 (2)设 Z 、 、ri、od 各 有 一 个 相 应 的 微 小 增 量 A1 、AOi、Ar 、△ 时 ，贝U式 (2)变 为 ：∑[(z +Al )e ‘ +(rz+AFi)e ‘ r I ]：0 (3)用 式 (3)减 去 式 (2)，再 点 乘 平 面 矢 量 ，并 展 开 ，得 ：{ [△ os( 一 )_+ os( )+／,A0~sin( 一 ]}(4)式 (4)表示机 构从 动件输 出误 差 △ 与其 它各 原始误 差 之 间 的 线 性 关 系 。

收稿日期：2013年4月 为 简 化 公 式 ，在 不 影 响 分 析 结 果 的 情 况 下 ，忽 略 机 ， l ， ' l 1 ) ’ ' ’ ’ ， ’ ’ ’ ' ， ' ' ' ， ' l ， ， l l ' ' ' l l ， l ’ ’ ' ' ' ， ' l l l ， ) 1 ) l ， l ' ' ， ' l ， l ， ， l l ' l ’ ， 》 ' l l l ' ' ， ' ' ’ ’ ' ， ， l ， ) ， ， ' '[3][4][5][6]江洪 ，魏 峥 ，王 涛 ．SolidWorks二次 开发 实例 解析 fM]．北京 ：机 械工业 出版社 ，2004.

开发 SolidWorks插件实现 CAD的方法研究『J1．辽宁工业大学学报 (自然科学版 )，2010，30(1).

基于 B样条的航空薄壁件加工变形预测与控制fJ1．机械设计 ，2010．27(4).

施法中．计算机辅助几何设计与分均匀有理 B样条『M]．北2013／10[7][8]京：高等教育 出版社 ，2001.

门延武 ．周凯．自由曲面薄壁零件加工 的柔 性定位 方法研究[J]．制造技术与机床，2008(5)：113-l16.

刘炳文．Visual Basic程序设计教程[M]．北京：清华大学出版社 ．2003.

△(编 辑 小 前 )机械制造51卷 第590期