[发明专利]一种大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法

摘要

本发明公开了一种大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法，包括以下步骤：首先以满足工件夹持力需求为目标，并基于工件外形定位精度、定位点数量及其几何干涉约束，优先在加工区域添加定位点，实现对工件不同加工区域的定位误差实施有针对性地重点防控，以此确定所需定位点数量，进而通过跟随工件各加工区域最大定位误差位置布置定位点的方式，完成工件多定位点初始布局的搜索。其次，借鉴敏感度概念，构建工件加工变形相对定位点布局的敏感度表达式，通过搜索减小加工变形的工件定位点布局最敏感调整方向，以此获取工件定位点布局优化决策，同时将其优化过程表达为旨在减小加工变形的多定位点协调优化问题，并构造调整定位点布局逼近工件最小加工变形的优化流程，实现对工件多定位点初始布局的优化；最终，通过设计模态实验，提取工夹系统在多定位点优化布局下的模态参数，对优化后的工件多定位点布局进行调整，或继续添加辅助定位点，进一步从抑振的角度改善了工件加工质量。

主权项

1.一种大尺度弱刚度薄壳类工件的定位方法，包括以下步骤：1)选择夹持力与加工变形为保障工件完全定位最为直接和重要的指标，并确定其目标取值范围；2)确定工件所需定位点数量：直接沿工件加工路径将其加工表面划分为若干加工区域和非加工区域，以满足夹持力需求为目标，并基于工件外形定位精度、定位点资源总量及定位点间几何干涉的约束条件，优先在加工区域添加定位点，以此确定工件所需定位点数量；3)搜索工件多定位点初始布局：确保工件可靠夹持的前提下，采用跟随工件各加工区域最大定位误差位置布置定位点的方式，有针对性地重点防控其不同加工区域定位误差，进一步抑制其对加工质量的扰动，由此获得工件的多定位点初始布局；4)设计工件多定位点初始布局优化策略：受植物生长竞争规律的启发，解析工件定位点布局与加工变形间的内在关联，构建工件加工变形相对定位点布局变化的敏感度表达式，以减小加工变形为目标，搜索工件定位点分布的最敏感调整方向，以此作为工件多定位点初始布局的优化决策，所述工件加工变形相对定位点布局变化的敏感度表达式为：式中，Sx表示工件的加工变形随定位点沿工装X轴同时移动单位移动增量的敏感度；Pi表示工件定位工装第i号滑枕上各滑座定位单元末端定位点在工装坐标系内的空间坐标矩阵，i＝1～m，m表示工装上滑枕的数量；Pi+和f(Pi+)分别表示工件定位工装第i号滑枕上各滑座定位单元末端定位点沿工装X轴正方向移动单位移动增量Δpx后的所有定位点布局和该布局下工件的最大加工变形；Pi‑和f(Pi‑)分别表示工件定位工装第i号滑枕上各滑座定位单元末端定位点沿工装X轴负方向移动单位移动增量Δpx后的所有定位点布局和该布局下工件的最大加工变形；Sy表示工件的加工变形随定位点沿工装Y轴移动单位移动增量的敏感度；Pi,j+和f(Pi,j+)分别表示工件定位工装第i号滑枕上第j号滑座定位单元末端定位点沿工装Y轴正方向移动单位移动增量Δpy后的所有定位点布局和该布局下工件的最大加工变形；Pi,j‑和f(Pi,j‑)分别表示工件定位工装第i号滑枕上第j号滑座定位单元末端定位点沿工装Y轴负方向移动单位移动增量Δpy后的所有定位点布局和该布局下工件的最大加工变形；5)优化工件多定位点初始布局：将工件定位点布局优化过程表达为旨在减小加工变形的多定位点协调优化问题，通过解析目标最优值与约束边界间的内在联系，构造调整工件定位点布局逼近最小加工变形的优化流程，以此实现对工件多定位点初始布局的优化；6)修正工件多定位点初始布局：设计模态实验，测试工夹系统在多定位点优化布局下的模态参数，进而依据模态频率与振型，对优化后的工件多定位点布局进行微调，或继续添加辅助定位点，以此抑制加工振动，并进一步提高工件加工质量。