2017年5月23日

加工中心夾具裝夾變形分析的意義和有限元技術

4.1裝夾變形分析的意義機械加工行業的未來是面向智能化、數字化、柔性化的，其中數字化設計及制造是制造業的核心。目前越來越多的傳統機床已被淘汰，取而代之的則是加工中心的運用，而加工中心則是數字化制造的具體體現，它的夾具夾持，進給數據及加工程序都是由計算機來完成，大大的降低人力成本和人為錯誤的概率。這一大特點使得在加工前的準備工作中，各項操作環節可以量化、可控化，其中表現為加工中心的動力源為氣動或液壓。此外，航空類零件制造中，類殼體、泵體類零件較為常見，通常它們結構復雜，精度要求高。加工時對夾具的各方面要求很高。具體表現在裝夾應力容易使剛性差的薄壁部分引起超過允許范圍的變形；對于加工中心而言，往往一次性進行多道加工程序，加工完成的部分往往會作為加工固定部分而被夾具夾持，能否保證材料及結構確定的情況下，加工所受的夾持力不會使零件超過變形要求，是本文要討論的。為了解決加工變形問題本文同樣以一組夾具在某道工序上加工的零件為例，對其進行仿真分析，得出夾緊力數據，為氣動及液壓動力源的加工中心夾具做數據參考。因此本文對航空制造中在加工中心機床上加工的產品具有較強的指導意義，為這類制造提供新的思路及方法。4.2有限元技術有限元思想最早出現在20世紀40年代初，這一思想經過了 20年的孕育，終于在美國克拉夫的一篇論文中被正式提名。隨后的10年內，有限元法在理論上基本成熟，并且開始出現有限元分析軟件。這一方法的起源有著濃厚的工程應用背景|381，在這一思想出現之前，英美國家的飛機制造業發展迅速，飛機結構的不斷改進對人們認識飛機靜態及動態特性提出了迫切要求，因此分析人員不得不尋找更適合的分析方法，于是提出有限元思想以解決這一問題。有限元法也叫有限單元法，顧名思義是將連續的結構劃分成有限個單元格，每個單元格設定有限個節點，這樣構成一個由體、單元、節點構成的有限集合的整體。結構離散后，將節點值作為基本的未知量，并在每一單元中假設一近似插值函數，以表示單元函數分布規律，進而用力學中的變分原理建立求解未知量的方程[39]。一經求解就可以利用解得的節點值和設定的插值函數來確定單元以上以至整個集合體上的場函數1401。有限元求解程序內部過程可以從圖4.1上看出。近幾年來，有限元法也成為解決工程實際問題的重要工具，應運而生地開發了很多有限元軟件。常用的有結構分析程序SAP(Structural Analysis Program)，自動動力增量非線性分析有限元程序 ADINA(A Finite Element Program for Automatic Dynamic Increment Nonlinear Analysis),自動動力分析 ASKA(Automatic System Kinematic Analysis)，NASA 結構分析程序NASTRAN(NASA Structural)和ANSYS軟件。本文采用ANSYS12.0對待加工零件進行夾持變形分析，得出最佳夾緊力參考取值范圍，為液壓、氣壓夾緊提供必要數據支持。

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