[发明专利]适应工件变更用夹具快速设计方法

说明书

适应工件变更用夹具快速设计方法，所述快速设计方法包括以下步骤：基于薄壁自由曲面装夹设计理论，建立“工件–夹具”功能结构约束网络；基于“工件–夹具”功能结构约束网络模型拓扑特征相似性的夹具变型设计模板进行自主挖掘；基于频繁子图挖掘技术搜索工件设计变更前后功能结构约束网络的公共子结构；基于拓扑约束的关联规则挖掘算法，进一步挖掘公共子结构之间的隐性设计约束关系，形成夹具变型设计模板；通过自动识别并剔除多项夹具变型设计模板中的重复设计模板，利用非关系型数据库实现对大量“工件–夹具”功能结构约束网络模型的存储，形成夹具多域设计知识库；将夹具变型优化结果显示在用户界面中。

技术领域：

本发明涉及适应工件变更用夹具快速设计方法。

背景技术：

随着现有制造手段的不断丰富和精密化，夹具设计成为限制产品制造精度和速度的重要一环。国内机械产品的开发周期有50％-70％用于准备生产，其中又有50％-70％用于设计和制造工装夹具。

夹具是加工、装配、检验、焊接和其他制造过程中用于对工件进行定位、夹紧和支承的装置，以保证工件定位的准确性和无变型。夹具设计的目标是产生夹具的设计规划，使得工件能够在加工过程中被牢固、稳定、正确地夹持。夹具设计过程一般包括串行的四个步骤：装夹规划、夹具方案设计、夹具元件设计和夹具验证。工件特征及其工艺特征对夹具设计提出了设计要求，而夹具设计后的基准、元件、布局和精度又影响工件的形状和位置精度以及静态和动态刚性。因此，工件与其夹具在安装完成后形成了一个紧密耦合的装配体，两者的设计过程形成相互影响的闭环。

总的来说，夹具设计效率、设计质量和优化夹具设计的方法依然是航天产品高效、高精度数控加工的关键因素；而现有的夹具设计中还普遍存在以下问题：(1)夹具设计过程涉及的知识形式多样、分布零散、结构不一致，目前尚缺少一致化的夹具设计知识的表示方法；(2)现有变型设计模板的建立需要大量的人工干预，导致描述的客观性和定量性不足；(3)夹具设计知识重用和变型设计的应用往往停留在设计实例参考，不会产生自动适应工件设计特征变动的新装夹方案。

发明内容：

本发明实施例提供了适应工件变更用夹具快速设计方法，方法设计合理，基于多个功能模块的相互配合作用，在完善夹具设计理论基础上，通过定义工件与夹具一致化设计模型和夹具设计数据库，实现夹具与工件设计特征的映射，在工件设计特征变更驱动下，利用变更驱动下的设计方案来自主挖掘与变型设计方案自适应生成方法，实现夹具变型设计方案的自动组织与优化，从而快速、准确响应新的装夹需求，同时，减少人工干预，保证变型设计目标的客观性和精准度，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

适应工件变更用夹具快速设计方法，所述快速设计方法包括以下步骤：

S1，基于薄壁自由曲面装夹设计理论，建立“工件–夹具”功能结构约束网络，以解耦并数字化表示非线性设计约束关系；以设计特征为粒度，从工件、工艺和夹具设计三个部分，定义薄壁件与夹具、夹具元件内部的设计约束关系，形成“工件–夹具”功能结构约束网络模型，实现对夹具多域设计约束关系的详细、一致化表示；

S2，基于“工件–夹具”功能结构约束网络模型拓扑特征相似性的夹具变型设计模板进行自主挖掘；基于频繁子图挖掘技术搜索工件设计变更前后功能结构约束网络的公共子结构；基于拓扑约束的关联规则挖掘算法，进一步挖掘公共子结构之间的隐性设计约束关系，形成夹具变型设计模板；

S3，通过自动识别并剔除多项夹具变型设计模板中的重复设计模板，对于满足不同装夹要求的夹具变型设计模板进行组合，获取夹具变型设计总方案；利用启发式参数优化算法，以现有夹具设计参数值作为优化初始解，快速获得夹具变型设计总方案对应的参数全局最优解；