加工中心夾具裝夾變形分析的意義和有限元技術(shù)
4.1裝夾變形分析的意義機械加工行業(yè)的未來是面向智能化,、數(shù)字化、柔性化的,，其中數(shù)字化設(shè)計及制造是制 造業(yè)的核心,。目前越來越多的傳統(tǒng)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(shù)字化制造的具體體現(xiàn),，它的夾具夾持，進(jìn)給數(shù)據(jù)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(zhǔn)備工作中， 各項操作環(huán)節(jié)可以量化,、可控化,，其中表現(xiàn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜,，精度要求高,。加工 時對夾具的各方面要求很高。具體表現(xiàn)在裝夾應(yīng)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(jìn)行仿真分析，得出夾緊力數(shù)據(jù),，為氣動及液壓動力 源的加工中心夾具做數(shù)據(jù)參考,。因此本文對航空制造中在加工中心機床上加工的產(chǎn)品具有 較強的指導(dǎo)意義，為這類制造提供新的思路及方法,。4.2有限元技術(shù)有限元思想最早出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代初,，這一思想經(jīng)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(nèi),，有限元法在理論上基本成熟，并且 開始出現(xiàn)有限元分析軟件,。這一方法的起源有著濃厚的工程應(yīng)用背景|381,，在這一思想出 現(xiàn)之前，英美國家的飛機制造業(yè)發(fā)展迅速,，飛機結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)對人們認(rèn)識飛機靜態(tài)及動 態(tài)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(xù)的結(jié)構(gòu)劃分成有限個單元格，每個單元 格設(shè)定有限個節(jié)點,，這樣構(gòu)成一個由體,、單元、節(jié)點構(gòu)成的有限集合的整體。結(jié)構(gòu)離散后,， 將節(jié)點值作為基本的未知量,，并在每一單元中假設(shè)一近似插值函數(shù)，以表示單元函數(shù)分布 規(guī)律,，進(jìn)而用力學(xué)中的變分原理建立求解未知量的方程[39],。一經(jīng)求解就可以利用解得的 節(jié)點值和設(shè)定的插值函數(shù)來確定單元以上以至整個集合體上的場函數(shù)1401。有限元求解程 序內(nèi)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(yīng)運而生地開發(fā)了很多有 限元軟件,。常用的有結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分析程序NASTRAN(NASA Structural)和ANSYS軟件,。本文采用ANSYS12.0對待加 工零件進(jìn)行夾持變形分析，得出******夾緊力參考取值范圍,，為液壓,、氣壓夾緊提供必要數(shù) 據(jù)支持。