中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 刘玉梅山东大学 2012年博士导师: 李兆前共171页

摘要 : 大型复杂结构的薄板、薄壁结构件在加工过程中，由于受到装夹力、切削力、切削热以及力热耦合作用，发生变形；且加工过程中产生的残余应力会引起残余应力变形。这两种变形都会导致加工精度降低。本文针对薄板件加工过程产生的残余应力和变形控制问题... 展开大型复杂结构的薄板、薄壁结构件在加工过程中，由于受到装夹力、切削力、切削热以及力热耦合作用，发生变形；且加工过程中产生的残余应力会引起残余应力变形。这两种变形都会导致加工精度降低。本文针对薄板件加工过程产生的残余应力和变形控制问题，综合考虑切削过程、装夹布局及夹紧力等影响因素，以铝合金6061为实例，利用切削实验与模拟仿真方法研究薄板件切削回弹变形机理及变形控制方法，从而为薄板件的加工变形控制提供理论依据。实验研究了铝合金6061表面切削应力的状态，得出了表面切削应力属于二维平面应力；应用响应面原理建立了铣削参数与表面切削应力之间的关系模型；综合考虑表面切削应力与表面粗糙度，对铣削参数进行了优化，并分别对面支撑和点支撑装夹方式下的薄板件进行了表层铣削实验。测试和分析结果表明，面支撑装夹方式的薄板件表层铣削完成后，去除装夹时的回弹量是影响加工精度的主要因素；点支撑装夹方式的薄板件表层铣削完成后，夹紧力施加位置沿薄板件板长方向相对支撑点位置变化时，对变形及残余应力都有重要影响。应用ABAQUS有限元软件，建立了薄板件表层切削过程及去除装夹后回弹过程的二维仿真模型。分析了不同装夹方式的薄板件去除装夹前后，薄板件变形、回弹变形和内部应力分布情况。结果表明，面支撑装夹方式的薄板件表层切削完成后，去除装夹时存在较大的回弹变形量；此时薄板件的主要变形为回弹变形；内部应力主要是切削力、切削热耦合作用产生的切削应力，沿薄板件板厚方向的进给方向的应力分布值远大于垂直进给方向的应力值和剪应力值，因此后续研究仅考虑进给方向的切削应力。针对点支撑与夹紧点正对装夹的薄板件进来了仿真计算。结果表明，支撑点位置对薄板件切削后的变形、回弹变形、内部应力分布及大小都有重要影响。而薄板件的变形和残余应力分布及大小之间没有直接的关系。研究了薄板件沿板厚方向的切削回弹变形分析方法。应用微观位错原理对点支撑装夹方式的薄板件在表层切削过程中的变形区进行了划分。构建了基于微观位错的回弹变形分析方法。对面支撑装夹方式的薄板件，应用宏观弹塑性变形原理进行推导。分析表明内部应力重新分布是薄板件回弹变形的主要原因。建立了切削参数与轴向切深方向的切削应力之间的关系模型。研究结果表明，切削应力在表面主要表现为拉应力，沿板厚方向接近表面处迅速转化为最大压应力，之后慢慢减小到零。应力主要集中于表层0-0.3mm内。采用逐层铣削方法，测量了薄板件沿板厚方向的切削应力值，结果与预测结果一致。应用该模型建立了切削应力与切削应力引起的薄板件变形挠度之间的关系。针对支撑点位置与夹紧力施加位置正对装夹的薄板件，采用BP神经网络建立了预测模型，映射薄板件板长方向的内部残余应力均值、板厚方向的变形量均值与板长、板厚、夹紧力、支撑点位置和板长比之间的关系。针对薄板件的支撑点位置，设计了基于遗传算法的变形均值最小和残余应力均值最小的多目标优化方法。通过BP神经网络预测模型计算适应度值，采用适应度惩罚措施，在非支配前沿等级划分和小生境计算的基础上应用二元联赛选择机制，对种群进行优劣排序，得出优化结果集合。针对支撑点位置与夹紧力施加位置正对装夹的薄板件表层切削过程中产生的“欠切”问题，应用应变叠加原理设计了基于装夹的预变形、预应力补偿方法，通过夹紧力值变化及夹紧力施加位置沿薄板件板长方向相对支撑点位置变化产生预变形与预应力，补偿薄板件变形及残余应力。收起

关键词 : 装夹优化薄板件切削回弹变形机理

2. 薄板件平面铣削变形的装夹补偿方法研究

[学位论文] 邵为宪山东大学 2015年硕士导师: 姜兆亮共86页

摘要 : 采用点支撑装夹方式对薄板件进行切削加工时，切削力、切削热与夹紧力共同作用产生工件变形;加工完成释放约束后，工件会产生回弹变形;残余应力的释放也会致使工件变形，复杂的影响因素及其耦合关系使得薄板件加工变形难以控制。本文针对点支撑装夹薄... 展开采用点支撑装夹方式对薄板件进行切削加工时，切削力、切削热与夹紧力共同作用产生工件变形;加工完成释放约束后，工件会产生回弹变形;残余应力的释放也会致使工件变形，复杂的影响因素及其耦合关系使得薄板件加工变形难以控制。本文针对点支撑装夹薄板件加工变形控制问题，从工装夹具的角度出发，以铝合金6061为例，利用铣削实验与有限元仿真实验研究薄板件平面铣削变形的装夹补偿方法。分析了点支撑装夹方式下薄板件的变形原因，设计并制造了夹紧力在线记录系统。通过铣削实验研究普通点支撑装夹方式下切削45钢、Q235钢以及铝合金6061三种材料时夹紧力的变化规律，分别设计了基于双点压板和基于双点支撑的两种工件加工变形自适应装夹方法，有效控制薄板件铣削加工变形。设计了基于双点压板的工件加工变形自适应补偿方法。通过分析双点压板夹紧装夹方法的工作原理，推导出了工件受力变形的计算公式;利用ABAQUS有限元仿真软件，分别模拟双点压板夹紧装夹方式与普通点支撑装夹方式下工件的受力及变形过程，验证了采用双点压板装夹工件时，夹紧力会随着切削力的变化而向着有利于减小工件变形的方向变化;通过铣削实验，对比分析了双点压板夹紧装夹方式与普通点支撑装夹方式下工件变形以及平面度误差的大小，证明了双点压板夹紧装夹方式可以有效减小工件变形、改善工件加工平面度。设计了基于双点支撑的装夹方法。借助有限元法，利用Abaqus有限元分析软件建立了二维切削仿真模型，对比分析了双点支撑装夹方式与普通点支撑装夹方式下薄板件变形以及内部残余应力分布;然后进行铣削实验，证明双点支撑的装夹方式能够减小工件的变形。收起

关键词 : 薄板件铣削加工切削变形装夹补偿双点压板

3. 薄板件钻孔夹具定位布局多目标优化设计方法研究

[学位论文] 庆烁烁西安理工大学 2021年硕士导师: 高峰;杨勃;张涛共74页

摘要 : 薄板类零件具有重量轻、强度高和承载能力强等特点，在航空航天、汽车、船舶等制造业中广泛应用，但薄板件刚度差，在自重和加工载荷作用下的变形较大，因此控制薄板件的变形对保证其加工精度起着关键作用。夹具作为四大工艺装备之一，会直接影响薄板... 展开薄板类零件具有重量轻、强度高和承载能力强等特点，在航空航天、汽车、船舶等制造业中广泛应用，但薄板件刚度差，在自重和加工载荷作用下的变形较大，因此控制薄板件的变形对保证其加工精度起着关键作用。夹具作为四大工艺装备之一，会直接影响薄板件的加工质量，不合理的夹具定位布局设计往往会导致薄板件变形超差。为了控制薄板件钻孔变形，满足加工精度要求，本文开展了薄板件钻孔夹具定位布局多目标优化设计方法的研究，以期能为薄板件钻孔夹具定位布局规划提供借鉴指导，具体研究内容如下：? (1)设计了一种薄板件智能可重构钻孔夹具。分析了薄板件的钻孔工艺、定位夹紧方式和钻孔夹具功能，将智能可重构钻孔夹具分为感知控制模块、分析决策模块和夹具机械本体三个部分，在分析功能需求的基础上，设计了薄板件智能可重构钻孔夹具功能框架，包括感知控制功能、分析决策功能和可重构装夹功能，在设计夹具功能框架的基础上，完成了薄板件智能可重构钻孔夹具的总体方案设计、机械本体设计和关键部件选型。所设计的钻孔夹具能够感知定位元件实际位置和夹紧力大小，适应一定范围内不同尺寸规格的薄板件装夹，针对同一薄板件的不同孔位将夹具定位布局调整至最优，该夹具设计方案为后续的钻孔夹具定位布局仿真建模及多目标优化设计工作奠定了基础。 (2)建立了基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型。采用半弹性接触模型近似代替了定位元件与薄板件之间的接触，通过法向弹簧-阻尼单元模拟了接触面的法向刚度及阻尼特性，借助分形接触理论获得了定位点接触区域法向接触力与接触刚度、阻尼的函数关系，在通过有限元仿真得到定位点处法向接触力的基础上，求解了定位点处的法向接触刚度及阻尼，建立了基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型，对薄板件钻孔后的变形进行预测。通过平板和曲板两个实例，验证了基于分形接触理论的夹具定位布局建模方法的可行性和有效性，实例分析的结果表明，所建立的钻孔夹具定位布局仿真模型提高了薄板件钻孔后的变形预测精度。 (3)提出了基于反向传播神经网络（BackPropagationNeuralNetwork，BPNN）与粒子群优化算法（ParticleSwarmOptimization，PSO）的钻孔夹具定位布局多目标优化方法。通过钻孔夹具定位布局仿真模型获取了神经网络的训练样本集，建立了定位布局与薄板件最大变形及整体变形之间的多目标神经网络预测模型，在此基础上，应用粒子群优化算法得到了钻单个孔时的夹具定位布局Pareto最优解集。通过平板和曲板两个实例，验证了基于BPNN与PSO的钻孔夹具定位布局多目标优化方法的可行性和有效性，实例分析的结果表明，所提出的钻孔夹具定位布局多目标优化方法能够有效地减小平板和曲板的最大变形及整体变形。收起

关键词 : 薄板件钻孔夹具定位布局多目标优化

4. 车身柔性件装配偏差分析及公差优化

[学位论文] 何达新江苏大学 2020年硕士导师: 刘会霞共92页

摘要 : 柔性薄板件是车身的重要组成部分，由于薄板件刚度不足，传统刚性假设的偏差分析方法无法满足柔性件的分析需求。为了提高车身柔性薄板件的装配质量，企业开始致力于柔性件的偏差分析的研究。本文以实习单位“车身柔性件虚拟匹配”项目的某车型前围板... 展开柔性薄板件是车身的重要组成部分，由于薄板件刚度不足，传统刚性假设的偏差分析方法无法满足柔性件的分析需求。为了提高车身柔性薄板件的装配质量，企业开始致力于柔性件的偏差分析的研究。本文以实习单位“车身柔性件虚拟匹配”项目的某车型前围板下板总成开展柔性件装配偏差分析的研究。首先分析零件装配过程中的影响因素，通过有限元建立装配偏差模型，然后通过3DCS公差仿真软件对有限元模型进行验证，最后对产品进行公差优化分配。本文主要研究工作和成果如下：（1）对车身尺寸质量评价系统进行了介绍，分析柔性薄板件装配偏差的影响因素，主要包括柔性件冲压过程尺寸偏差、焊装夹具定位误差、焊接过程变形及焊装结构导致的误差叠加等，为装配偏差建模提供了依据。本文将针对夹具的定位偏差数据对产品进行装配偏差建模分析。（2）基于焊接装配工艺过程及焊接夹具的定位偏差数据，用Ansys Workbench软件通过对前围板下板总成进行网格划分、添加载荷、边界条件等操作，建立有限元装配偏差静力学和基于热弹塑性理论的热力场模型及求解分析。分析结果表明，工装夹具的定位偏差对零件焊接装配变形有重要的影响，焊点热效应对零件装配偏差的影响可以基本忽略，为车身柔性件装配偏差分析提供重要依据。（3）基于计算机辅助公差设计（CAT）技术，用3DCS FEA Compliant Modeler柔性模块对前围板下板总成进行装配仿真分析，通过FEA数据的加载连接、3DCS FEA建模、DTS测量目标的建立、公差添加、蒙特卡洛仿真模拟等过程得出前围板下板的装配偏差仿真结果，与有限元分析结果进行对比，验证了基于夹具定位偏差数据的有限元装配偏差结果的正确性和精确性，3DCS还分析出装配偏差源的贡献度值，为公差优化分配提供依据。（4）基于夹具定位偏差的焊装变形对装配质量影响较大，在公差优化过程中必须考虑焊装变形所产生的影响。针对质量和成本之间的矛盾关系，建立制造成本函数和质量损失函数结合的公差分配优化数学模型，在装配公差优化模型的约束条件中添加焊装变形因素，并使用遗传算法完成公差优化，优化结果表明不仅提高了装配质量，并且使公差总成本得到明显的降低，有效的平衡了车身制造过程中质量与成本的矛盾。收起

关键词 : 车身柔性薄板件焊接工艺装配偏差公差优化

5. 基于灰色关联理论与遗传算法的薄板件加工研究

[学位论文] 查沛重庆大学 2019年硕士导师: 唐先智共84页

摘要 : 薄壁类零件因其自身刚度很差、材料去除量较高，在加工中极易产生变形、失稳及颤振问题，严重影响产品的质量；加之经验与理论的欠缺，在实际生产中难以制定合理的工艺参数，无法充分发挥机床的优越性能。本文以铝合金薄板零件层切试验为载体，对零件... 展开薄壁类零件因其自身刚度很差、材料去除量较高，在加工中极易产生变形、失稳及颤振问题，严重影响产品的质量；加之经验与理论的欠缺，在实际生产中难以制定合理的工艺参数，无法充分发挥机床的优越性能。本文以铝合金薄板零件层切试验为载体，对零件加工后的变形规律与表面质量进行了深入探究，分析了铣削因素对加工质量的影响大小并提出相应的优化方案。具体研究工作如下：首先，基于金属切削原理，详细分析了影响薄壁类零件加工质量的铣削力及残余应力等。对铣削加工中的稳定性进行分析，得到了立铣刀的固有模态与振型分布，并由谐响应分析得到其在激振力作用下的稳态响应。其次，以轴向切深、径向切深、每齿进给量及主轴转速为决策变量，设置了薄板件正交铣削试验，获得了工件的变形误差与表面粗糙度数据。通过MATLAB的回归功能构造了决策变量与表面粗糙度之间的预测模型，并由方差分析验证了其有效性。然后，以工件的最大变形量与表面粗糙度为特征目标，运用灰色关联理论分析了决策变量与特征目标间的关联度大小，结果显示每齿进给量对变形量的影响最大，然后依次是轴向切深、径向切深与主轴转速；每齿进给量与径向切深对表面粗糙度的影响最大，轴向切深对其影响最小。最后以加工质量的理想值为参考序列，得到了各决策变量与特征目标间的关联系数矩阵，并优选了各变量的优势水平。最后，通过对决策变量设定约束、选定优化目标，构建了薄板分层铣削参数优化的总体模型。利用遗传算法结合人工神经网络对最小化加工变形量进行非线性寻优；采用带精英策略的 NSGAⅡ算法对由表面粗糙度与材料去除率构成的多目标进行优化分析，获得了互不支配的 Pareto 前沿解集，经验证，采用优化后的参数得到的工件表面质量与加工效率相比优化前均有较大提升，可以为实际生产提供决策支持。收起

关键词 : 薄板件铣削加工灰色关联度参数优化 NSGAⅡ算法

6. 柔性薄板件装配偏差分析

[学位论文] 杨阳浙江大学 2014年硕士导师: 曹衍龙;杨将新共81页

摘要 : 柔性薄板件是汽车车身的重要组成部分，柔性件的装配质量直接关系到车身的外观、密封性以及汽车的行驶性能等，在汽车制造过程中占据十分重要的位置。控制柔性冲压零件制造和焊接过程中的偏差，分析夹具的稳健性、优化夹具的定位，并研究装配偏差分析... 展开柔性薄板件是汽车车身的重要组成部分，柔性件的装配质量直接关系到车身的外观、密封性以及汽车的行驶性能等，在汽车制造过程中占据十分重要的位置。控制柔性冲压零件制造和焊接过程中的偏差，分析夹具的稳健性、优化夹具的定位，并研究装配偏差分析方法，对提高柔性薄板件装配质量具有重要的意义。结合国家自然科学基金项目“基于新一代GPS标准体系的柔性零件装配公差建模与分析技术研究”（项目批准号:50975257）和“基于功能-结构并行分解的公差设计理论与方法”（项目批准号:51275464），开展了柔性薄板件装配偏差分析的研究，主要工作和研究内容如下: 第一章阐述了柔性薄板件装配偏差分析的研究现状，探讨了装配夹具定位偏差最小优化和夹具定位稳健性分析的国内外研究成果，分析了论文的研究背景，给出了本文的主要内容和总体框架。第二章分析了影响柔性薄板件装配误差的因素，主要包括薄板冲压件的柔性变形和尺寸误差、焊接变形、夹具定位和焊装结构等。第三章构建了一种基于偏差最小的柔性件定位优化模型，提出了基于模拟退火粒子群算法及有限元分析的夹具定位优化求解方法，结合实例对定位点数量和位置进行了基于偏差最小的优化分析。第四章基于柔性件的“N-2-1”定位方式提出了定位稳健优化设计方法，建立了柔性件定位稳健优化模型，并进行了实例验证分析。第五章进行柔性薄板件装配偏差分析，研究了柔性件的装配过程，通过影响系数法获得特征点之间的敏感度矩阵，并结合有限元方法确立了装配偏差与输入偏差之间的关系，最后以简单柔性板件为例进行了装配偏差分析。第六章对全文主要工作和研究内容进行了回顾与总结，并对今后的研究与发展进行了展望。收起

关键词 : 柔性薄板件定位优化装配偏差焊装夹具敏感系数

7. 柔性薄板件装配偏差建模及定位方案优化设计

[学位论文] 吕伟盼中国计量大学 2016年硕士导师: 徐向纮共76页

摘要 : 装配质量关乎汽车密封性、风噪声和外观等性能；汽车研制过程耗时长，成本高。如何提高薄板件装配质量和缩短车身研发周期是汽车生产商日益关注的问题。建立有效的装配偏差模型可以预测装配质量，及早发现设计中存在的不足与问题，缩短研发时间。 ... 展开

关键词 : 汽车制造柔性薄板件装配偏差优化设计质量预测

8. 轻合金薄板件等温成形技术研究与应用

[学位论文] 余明喜南昌航空大学 2016年硕士导师: 王家宣共70页

摘要 : 通常将长度和宽度方向上的尺寸与厚度比值大于4的制件称为薄板件。手机壳和电脑壳作为日常生活中常见的薄板件，按材料分为金属件、塑料件和碳纤维件；按安装结构分为外壳和内壳。不同材料有不同的加工方法，塑料类采用注塑法，金属类多数采用冷压法、... 展开通常将长度和宽度方向上的尺寸与厚度比值大于4的制件称为薄板件。手机壳和电脑壳作为日常生活中常见的薄板件，按材料分为金属件、塑料件和碳纤维件；按安装结构分为外壳和内壳。不同材料有不同的加工方法，塑料类采用注塑法，金属类多数采用冷压法、压铸法和CNC机加工等，或是采用各技术相结合手段。本文在总结了以往手机壳和电脑壳生产制造工艺的基础上，结合薄板件毛坯的成形特点，以薄板制件的变形流动规律、CNC机械加工工艺要求和等温锻造成形优点，对轻合金薄板件的生产制造工艺分析，提出了轻合金薄板毛坯件的等温锻造成形工艺。利用塑性变形仿真软件Deform-3D，对轻合金薄板毛坯件的体积成形进行等温锻造成形过程模拟分析，得到了手机壳和电脑壳成形过程中的毛坯尺寸、模具结构、载荷大小和成形流动特点相关数据。对6063铝合金手机壳的4种主要的工艺参数：始锻温度（390℃、420℃、450℃、480℃）、压力机下行速度（1mm/s、5mm/s）、摩擦因子（0.2、0.4）、模芯根部圆角大小（R0.2mm、R2mm），设计了8组混合正交模拟实验。根据模拟结果得到较好的6063铝合金手机壳等温锻造工艺参数，设计手机壳等温锻造模具并进行实验。同时也对AZ31镁合金电脑壳的成形过程进行了模拟，提出了薄板变形分流方法，探讨了分流槽的形状和尺寸结构对成形载荷和成形效果的影响，并通过实际试验验证了模拟结果。模拟结果表明：6063铝合金手机壳在450℃始锻温度、1mm/s下压速度、0.2的摩擦因子以及模具根部圆角 R2mm等工艺参数下，成形结果最佳，成形载荷低于500T。AZ31镁合金电脑壳在具有分流槽的模具中，成形效果好，亦大大的降低了成形载荷；联通式斜面分流槽对成形及压痕的消除具有较好的效果。结合模拟的结果设计了手机壳等温锻造模具，包括成形部分、加热保温装置以及卸料装置。本次实验工艺方法填补了薄板类毛坯件在塑性成形上的空白，从以往需要四副模具的冷锻到只需要一副模具的等温锻，大大降低了模具生产成本以及加工周期，为企业提供了高效、低成本的制造工艺。收起

关键词 : 轻合金薄板件等温锻造分流槽尺寸结构工艺参数

9. 5A06铝合金微槽道薄板件等温振动辅助成形技术研究

[学位论文] 周旋华中科技大学 2016年硕士导师: 王新云共55页

摘要 : 近年来，微电子技术快速发展，电子元器件更加小型化、高度集成化、高性能、高可靠性，其传热及散热变得更加严峻。航空航天和卫星装备正朝大乘载、高可靠、长寿命和轻量化等方向发展。其同样需要高性能的冷却装置。微槽道薄板件能够在不过分增加零件... 展开近年来，微电子技术快速发展，电子元器件更加小型化、高度集成化、高性能、高可靠性，其传热及散热变得更加严峻。航空航天和卫星装备正朝大乘载、高可靠、长寿命和轻量化等方向发展。其同样需要高性能的冷却装置。微槽道薄板件能够在不过分增加零件尺寸的前提下，显著增加其表面积，在换热系统方面得到越来越多的关注和应用。因其投影面积大（达数万平方毫米）、腹板薄（厚度在1mm左右）、微槽道尺寸为微米级等结构特点，目前的主要制造工艺为超精密机械加工工艺、微放电加工工艺、以及 LIGA制造工艺等。这些工艺技术要么生产效率低、要么选材苛刻、要么成本高昂，难以获得广泛的应用。微塑性成形技术因其具有产品性能高、精度好以及便于实现批量化生产等特点，因此，研究使用微塑性成形技术制造微槽道薄板件具有重要意义。本文通过微圆柱高温压缩实验和板材高温拉伸实验对晶粒大小和应变速率对5A06铝合金流动应力的影响规律进行了研究，结果显示，材料的流动应力会随着晶粒尺寸的减小和应变速率的增大而显示出增大的趋势，通过表面层模型和多晶体材料细晶强化理论进行了解释。对微槽道薄板件等温成形方式进行了模拟，模拟显示采用反挤压成形比正挤压成形能够有效降低成形力。但当模拟的零件特征尺寸很小时，因模拟软件不能考虑到因零件尺寸微型化而出现的尺寸效应，导致模拟结果不准确。通过对坯料进行不同的热处理、变换冲头运动模式等进行微槽道薄板件等温振动辅助成形实验，系统研究了挤压方式、成形速度、坯料晶粒尺寸、坯料加工方向以及振动加载对5A06铝合金微槽道薄板件等温振动辅助成形效果的影响规律。研究发现，采用反挤压成形方式、通过减小成形速度、降低晶粒尺寸、选用加工方向与轧制方向相同的坯料、增加振动辅助加载，能明显提高梯形筋的平均充填率，改善成形效果。收起

关键词 : 微槽道薄板件铝合金等温振动辅助成形细晶强化

10. 基于CSA-OK模型的薄板件夹具定位布局规划

[学位论文] 杨勃西北工业大学 2017年博士导师: 王仲奇共133页

摘要 : 薄板类零件以其质量轻、强度高等优点在航空、航天、汽车制造业有着广泛的应用。作为飞机机体主要组成结构的壁板和汽车车身等结构，更是大量地采用了薄板件。由于薄板件具有厚度薄、尺寸大、刚性弱等特点，其夹具设计往往采用“N-2-1”定位准则，即在... 展开薄板类零件以其质量轻、强度高等优点在航空、航天、汽车制造业有着广泛的应用。作为飞机机体主要组成结构的壁板和汽车车身等结构，更是大量地采用了薄板件。由于薄板件具有厚度薄、尺寸大、刚性弱等特点，其夹具设计往往采用“N-2-1”定位准则，即在工件主基准面上布置 N（N>3）个定位点以限制其法向变形保证制造精度。对薄板件夹具进行“N-2-1”定位布局设计时，如何确定工件主基准面上 N 个定位点的具体数目及其位置分布，便自然而然地成为制造工艺与夹具设计人员必须解决的问题。传统的基于经验和试错的方法常常会导致夹具设计效率低下、制造成本上升，更有甚者致使产品在加工和装配过程中变形超差，从而最终影响飞机等产品的制造精度和质量。随着航空、航天、汽车等制造业对产品轻量化和精密化要求的进一步提高，开展关于面向工件变形控制的薄板件夹具“N-2-1”定位布局设计方法的研究便显得尤为迫切。近年来，CAFD技术（Computer-Aided Fixture Design）的发展与应用在很大程度上提高了夹具设计的质量和效率。然而，实施有效的面向工件变形控制的薄板件夹具“N-2-1”定位布局设计仍是亟待解决的技术难题。从反演理论的角度来看，薄板件“N-2-1”定位布局设计属于一类典型的边界条件控制反问题，所以不得不依赖数值方法进行求解。现有的基于进化算法耦合有限元分析的方法通常需要调用成百上千次的有限元分析导致计算成本过大，而基于进化算法联合静态代理模型的方法又难以保证求解精度。鉴于此，本文在薄板件夹具“N-2-1”定位布局有限元仿真建模的基础上，通过引入拉丁超立方采样（Latin Hypercube Sampling，LHS）、布谷鸟搜索算法（Cuckoo Search Algorithm，CSA）和普通Kriging（Ordinary Kriging，OK）代理模型，开展了面向工件变形控制的薄板件夹具“N-2-1”定位布局设计方法的研究，以期为薄板件夹具“N-2-1”定位布局设计提供理论指导。论文的主要工作如下： 1.提出了基于CSA的CSA-OK代理模型构建方法。将CSA引入到OK代理模型的超参数估计中，通过 CSA 优化关于相关参数向量的极大似然估计函数构建了 CSA-OK代理模型，并将CSA-OK与PS-OK进行了对比。通过Branin和Six-hump camel back两个标准函数算例对CSA-OK进行了测试，结果表明CSA-OK代理模型的稳健性好且无须调整匹配CSA的控制参数，在相同的训练数据集和测试数据集下，与PS-OK代理模型相比，CSA-OK代理模型的预测精度较高，验证了所提CSA-OK代理模型构建方法的有效性，为后续的研究工作奠定了基础。 2.针对薄板件“N0-2-1”定位布局预测建模问题，提出了基于均方误差填充采样准则的薄板件定位布局序列建模方法。在N给定且为N0的条件下，通过LHS和有限元分析生成的初始训练数据集构建了初始CSA-OK代理模型,来逼近薄板件定位布局与工件目标变形响应之间的隐式映射关系，通过应用 CSA 优化均方误差辅助函数和有限元分析获得了新的样本点，更新训练数据集并构建新的薄板件定位布局CSA-OK代理模型，循环执行上述过程，直到建立的薄板件定位布局CSA-OK代理模型满足预设精度要求，实现了薄板件定位布局预测模型的动态更新和预测精度的动态提高。 3.在给定工件容许变形的条件下，提出了基于目标搜寻填充采样准则的薄板件“N0-2-1”定位布局序列可行性设计方法。构建了初始CSA-OK代理模型对薄板件定位布局与工件容许变形响应之间的映射关系进行了逼近，依据极大条件似然估计理论，通过应用 CSA 优化目标搜寻辅助函数和有限元分析取得了新的样本点，从而对薄板件定位布局CSA-OK代理模型进行了更新，循环执行上述过程，直至反求出满足容许变形要求的薄板件可行定位布局，实现了薄板件“N0-2-1”可行定位布局序列反演设计。 4.以所关注的工件变形响应最小化为目标，提出了基于期望提高填充采样准则的薄板件“N0-2-1”定位布局序列最优化设计方法。在LHS和有限元分析生成的初始训练数据集的基础上，构建了初始CSA-OK代理模型来逼近薄板件定位布局与工件目标变形响应之间的隐式映射关系，通过应用 CSA 优化期望提高辅助函数和有限元分析获取了新的样本点，更新了薄板件定位布局CSA-OK代理模型，循环执行上述过程，直到满足终止条件搜索出薄板件最优定位布局，实现了薄板件“N0-2-1”定位布局序列最优化设计。 5.提出了三阶段薄板件“N-2-1”整体定位布局设计方法。在工件容许变形已知的条件下，将薄板件“N-2-1”整体定位布局设计分为三个阶段。在第一阶段，基于 CSA完成了工件的“3-2-1”确定性定位布局稳健设计；在第二阶段，基于薄板件“N0-2-1”可行定位布局序列反演设计方法，通过对工件主基准面上的定位点数目从4开始逐次增加，确定了满足工件容许变形的最小定位点数目Nmin；在第三阶段，基于薄板件“Nmin-2-1”定位布局序列最优化设计方法，对工件主基准面上剩余的“Nmin-3”个定位点的位置分布进行了最优化设计，实现了薄板件“Nmin-2-1”整体定位布局设计。全文以铝合金平板件和弧形曲板件为应用实例，完成了薄板件夹具“N0-2-1”定位布局预测建模、可行性设计和最优化设计与“N-2-1”整体定位布局设计，实例分析结果验证了本文所提方法的有效性。收起

关键词 : 薄板件夹具定位布局规划 Kriging代理模型布谷鸟搜索算法