[发明专利]基于直列发动机缸体的装夹优化方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于直列发动机缸体的装夹优化方法及系统，包括：建立发动机缸体平面铣削过程的静态铣削力模型，得到维持装夹稳定性所需的最小夹紧力；根据发动机缸体几何结构的刚度特点，对发动机缸体模型进行简化,并划分为三种特征区域；基于弹性力学理论，对夹紧力作用在三种特征区域的不同位置所造成的弹性变形逐一进行解析计算，得到由于装夹定位作用造成的总弹性变形；建立装夹方案优化模型，利用遗传算法求解优化模型，得到适用于发动机缸体顶面铣削过程的最优装夹方案。本发明对发动机缸体顶面铣削工序内的装夹方案进行了优化，有效降低了由于定位夹紧作用力引起的缸体弹性变形，从而提升了最终加工表面的平面度精度。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体地，涉及一种基于直列发动机缸体的装夹优化方法及系统。

背景技术

发动机缸体是发动机上的主要部件之一，其质量的高低、加工精度的好坏直接影响着汽车发动机的性能。在发动机缸体顶面的铣削加工中，受装夹定位过程夹紧力的影响，发动机缸体会因为自身的刚度不均而出现一定程度的不规则弹性变形，过大的装夹弹性变形会在切削过程中引起让刀、材料去除不均等后果，从而降低发动机缸体顶面的铣削质量，最终将影响发动机性能。对顶面铣削工序进行装夹方案优化，降低由装夹定位效果引起的弹性变形，并减少由此对后续铣削过程的影响，提升缸体顶面加工质量，是提高发动机产品性能的重要一环。

经过对现有技术文献的检索发现，张玮玮等在论文“粗铣发动机缸体上端面专用夹具的设计”(《汽车制造技术》2016年第3期，140-143页)中介绍了发动机缸体在数控铣削过程中的定位和夹紧的方法，通过提出杠杆调节机制，设计一套液压驱动的专用夹具，改善了缸体毛坯缺乏定位基准的问题，在一定程度上降低了装夹定位所耗费的时间，提升了加工效率。但是该设计仅仅关注装夹过程的可操作性与装夹效率提升，没有对夹紧力大小与夹具布局提出一个系统的优化措施。另外，该方法虽然能实现对缸体毛坯件顶面粗铣的装夹定位，但由于缺乏有效的科学理论依据来支持装夹变形量的降低与最终加工质量的提升，从而不能有效地适用于顶面精铣的装夹方案优化。

进一步检索发现，甄朝敬等在论文“发动机缸体数控加工中心的夹具改造”(《装备制造技术》2015年第5期，157-159页)中，根据化难为易的思想，去掉了原有夹具方案中的半圆销，并新增导向和限位，增加了工件在加工过程中的稳定性，同时减少了夹具备件的损耗。该方法为缸体加工提供了一种新的装夹方案，即将原本六步装夹简化为三步，直接将工件送入加工台面，然而该方法依旧忽略了装夹定位作用本身对工件造成的影响，对装夹方案的改进停留在机械结构层面，缺乏对工件变形规律的深度探究，因而改进的效果具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于直列发动机缸体的装夹优化方法及系统。

根据本发明提供的一种基于直列发动机缸体的装夹优化方法，包括如下步骤：

步骤1：建立发动机缸体平面铣削过程的静态铣削力模型，得到维持装夹稳定性所需的最小夹紧力；

步骤2：根据发动机缸体几何结构的刚度特点，对发动机缸体模型进行简化,保留主要的几何特征，并将简化后的缸体模型划分为三种特征区域，为方便表述，将三类特征区域分别称为“跨域”、“墩域”和“桥域”；

步骤3：基于弹性力学理论，对夹紧力作用在三种特征区域的不同位置所造成的弹性变形逐一进行解析计算，并根据叠加原理对多个夹紧力同时作用在不同区域所产生的变形进行叠加，得到由于装夹定位作用造成的总弹性变形；

步骤4：建立装夹方案优化模型，具体为，以装夹定位作用所造成的总弹性变形最小化为目标，以满足实际加工情况和夹具设计准则为约束建立优化模型；

步骤5：利用遗传算法求解优化模型，得到适用于发动机缸体顶面铣削过程的最优装夹方案。