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加工中心夾具裝夾變形分析的意義和有限元技術(shù)
閱讀：69 發(fā)布時(shí)間：2020-8-12 4.1裝夾變形分析的意義
機(jī)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(jì)及制造是制 造業(yè)的核心。目前越來越多的傳統(tǒng)機(jī)床已被淘汰，取而代之的則是加工中心的運(yùn)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(jì)算機(jī)來 完成，大大的降低人力成本和人為錯(cuò)誤的概率。這一大特點(diǎn)使得在加工前的準(zhǔn)備工作中， 各項(xiàng)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(dòng)力源為氣動(dòng)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(shí)對(duì)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(duì)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(huì) 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(huì)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(duì)其進(jìn)行仿真分析，得出夾緊力數(shù)據(jù)，為氣動(dòng)及液壓動(dòng)力 源的加工中心夾具做數(shù)據(jù)參考。因此本文對(duì)航空制造中在加工中心機(jī)床上加工的產(chǎn)品具有 較強(qiáng)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(jī)制造業(yè)發(fā)展迅速，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)對(duì)人們認(rèn)識(shí)飛機(jī)靜態(tài)及動(dòng) 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(gè)單元格，每個(gè)單元 格設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣構(gòu)成一個(gè)由體、單元、節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的有限集合的整體。結(jié)構(gòu)離散后， 將節(jié)點(diǎn)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(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)來確定單元以上以至整個(gè)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(shí)際問題的重要工具，應(yīng)運(yùn)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(dòng)動(dòng)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(dòng)動(dòng)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(duì)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。