一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度误差的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及夹具设计领域，尤其设及一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度 误差的方法。
【背景技术】
[0002] 夹具是工艺装备的重要组成部分。工件在夹具中具有确定的位置，且不随加工或 测量过程中各种因素的影响而改变，保证定位准确和稳定可靠，是夹具必须达到的技术要 求。目前，国内外学者针对夹具布局设计问题进行了大量的研究工作。
[0003] 夹具的定位误差是导致工件位置误差的主要因素。夹具的定位误差主要是由定位 元件的位置误差、几何误差W及工件基准面的几何误差决定的。Qin^等人建立了定位源 误差与工件位置偏移的线性关系模型，提出实现定位误差最小化的夹具布局鲁椿性设计方 法，该方法可同时优化定位元件的位置和尺寸。考虑到定位元件和工件基准面的曲率信息， Lu〇b3等人基于面-面有向距离函数的二阶泰勒展开式提出了夹具定位误差的双边二次分 析方法，并讨论了该方法与Asada^的线性方法和Carlson W的单边二次方法各自不同的 应用范围。
[0004] 夹具布局不仅需要考虑定位准确性，还需要对夹紧力大小、夹紧点位置和数目等 进行规划，W避免工件损坏或产生大的局部弹性变形导致工件位置偏移。Wang?等人研究 了具有不规则表面工件的夹具布局设计问题，基于刚性工件和夹具静态稳定性的假设，通 过分别优化夹具定位点和夹紧点布局，获得了最小夹紧力和最小工件位置偏移。Qin?等 人考虑到夹紧过程中接触力和摩擦力的变化，建立了夹紧力和夹紧顺序分析模型。提出基 于总余能最小原理的非线性规划求解技术，获得了使工件位置误差最小的优化夹紧顺序。 XiongW等人基于刚性工件的假设，研究了接触力和弹性变形间非线性禪合关系。建立了工 件夹具系统局部弹性接触变形导致工件位置偏移的数学模型。Asante?将接触弹性和有限 元方法相结合用于求解接触力和压力分布，进而确定多大的夹紧力可W产生适合的接触力 W保持工件在加工过程中的位置不变。Zhu?等人对目前广泛应用的夹具布局优化准则进 行了详细分析和比较，指出应依据不同的任务要求选取有效的优化准则。但是，该分析没有 讨论满足力封闭条件的夹具布局优化设计准则。
[0005] W上文献和相关技术未能考虑夹具在加工过程中对于孔组复合位置度误差的影 响，也未给出通过夹具布局控制复合位置度误差的方法。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度误差的方法，本发明通 过6点定位夹具的设计方法，控制加工孔组特征的复合位置度误差，W此提高孔组特征的 加工精度，详见下文描述：
[0007] 一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度误差的方法，所述方法包括W下步 骤：
[000引建立夹具定位元件的几何误差、定位元件位置与工件位置误差的关系模型；
[0009] 建立锐削力、夹紧力、定位元件位置与工件位置误差的关系模型；
[0010] W孔组特征的复合位置度误差最小为目标函数，夹具定位元件位置为优化变量， 通过优化算法寻找最优的定位元件位置，使得孔组复合位置度误差最小。
[0011] 所述夹具定位元件的几何误差、定位元件位置与工件位置误差的关系模型的具体 为：
[0012]
【主权项】
1. 一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度误差的方法，其特征在于，所述方法包 括以下步骤： 建立夹具定位元件的几何误差、定位元件位置与工件位置误差的关系模型； 建立铣削力、夹紧力、定位元件位置与工件位置误差的关系模型； 以孔组特征的复合位置度误差最小为目标函数，夹具定位元件位置为优化变量，通过 优化算法寻找最优的定位元件位置，使得孔组复合位置度误差最小。
2. 根据权利要求1所述的一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度误差的方法，其 特征在于，所述夹具定位元件的几何误差、定位元件位置与工件位置误差的关系模型的具 体为：
其中，工件上任意一点V ，i表示工件上点的序号；由于工件-定位元件接 触点的变化而运动到空间的另一位置即Υ?; Λ% AMyw，八\分别表示工件在 MCS坐标系中的X、Y、Z三个方向的位移误差。
3. 根据权利要求1所述的一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度误差的方法，其 特征在于，所述铣削力、夹紧力、定位元件位置与工件位置误差的关系模型的具体为： 局部变形与接触点在MCS中的位移通过下式计算：
其中，AD是接触点的局部变形；：Γ(Μ(-Χ.)为方向变换矩阵； 通过联立局部变形与接触点在MCS中的位移、与夹具定位元件的几何误差、定位元件 位置与工件位置误差的关系模型计算出工件上任一点的位置误差。
【专利摘要】本发明公开了一种通过优化夹具布局控制孔组复合位置度误差的方法，所述方法包括以下步骤：建立夹具定位元件的几何误差、定位元件位置与工件位置误差的关系模型；建立铣削力、夹紧力、定位元件位置与工件位置误差的关系模型；以孔组特征的复合位置度误差最小为目标函数，夹具定位元件位置为优化变量，通过优化算法寻找最优的定位元件位置，使得孔组复合位置度误差最小。该夹具设计方法通用性强，设计方法简单。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104537172
【申请号】CN201410819885
【发明人】何改云, 郭龙真, 丁伯慧, 王凯
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月24日