摘要
航天工业中大量使用薄壁件，其具有强度高、质量轻等特点。航天薄壁件大多为曲面薄壁件，由于其尺寸大、刚度低，极易产生装夹变形，而且在对其进行切削加工时,会出现切削颤振现象，影响工件的质量和精度。因此，需要研究满足弱刚性工件装夹需求的夹具。由于航天器密集发射的趋势，其中的薄壁件生产具有单件小批量、定制化的特点，原有的工装夹具难以适应当前快速变化的产品变型设计。因此，需要研究在一定范围内适应薄壁件特征参数变化的夹具。本文以薄壁弧板为研究对象，采用理论分析、有限元仿真、测试验证结合进化算法的方式对夹具结构设计、定位布局优化和加工振动抑制分析三方面进行研究。主要研究内容如下: 设计了适应薄壁弧板特征参数变化的多点支撑夹具。分析了薄壁件的切削工艺性能和定位原理,建立了装夹约束模型;在此基础上设计了面向薄壁件切削用多点支撑夹具,完成了可重构本体和主要工作部件选型，制造了夹具实体。所设计的夹具利用真空吸附实现多点夹紧，能够增强薄壁件的刚度，提高工件的加工稳定性，同时满足一定范围不同尺寸规格的薄壁件装夹需求，提升了夹具的适应性。 提出了面向薄壁弧板的夹具定位布局多目标优化方法，该方法结合粒子群改进的反向传播(BackPropagation,BP)神经网络与多目标遗传算法实现多点定位布局的优化。以“N-2-1”定位原理为基础，以定位点位置坐标为设计变量，以装夹变形和振动位移作为定位布局的双重目标，采用拉丁超立方采样法选取定位点位置，并通过有限元计算薄壁件装夹变形和主振型位移获取了样本集;通过引入粒子群算法改进神经网络，建立定位布局与目标变量之间非线性关系的高精度代理模型;最后，通过多目标遗传算法对建立的代理模型求解，得到了最优的定位布局方案，保证了定位布局优化的有效性和求解效率。 完成了基于多点支撑夹具的薄壁件加工振动抑制作用分析。基于所设计的多点支撑夹具，从装夹的角度对切削加工振动的抑制作用进行研究。首先，分析了工件振动抑制原理，明确了通过增加刚度和阻尼提高加工稳定性的可行性;通过模态试验明确了定位点数目、定位布局方式对切削振动特性的影响规律;通过实际铣削加工试验，验证了所设计夹具及优化后的定位布局对加工振动的有效抑制作用。
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