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易變形薄壁零件的CNC加工中心夾具設計與靜動態(tài)分析
閱讀：155 發(fā)布時間：2020-8-12伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心
前言：
CNC加工中心夾具作為機械產(chǎn)品CNC加工中的一種重要的工藝裝備，對于保證機械產(chǎn)品質量、提高加工效率、擴大加工中心使用范圍起著重要的作用。不同結構的零部件，加工工工藝不同，夾具結構也各異。薄壁類零件是用途十分廣泛的零部件,該類零件在數(shù)控加工中心上進行加工時容易出現(xiàn)變形等現(xiàn)象，從而嚴重影響了零件的加工精度[|]。因此，在進行薄壁類零件夾具設計時要特別注意這種問題。
薄壁類零件夾具的設計符合夾具設計的一般原理與步驟，即要滿足工件定位與夾緊原則。同時，為防止零件在加工過程中出現(xiàn)彎曲、扭轉等變形現(xiàn)象，還要對工件夾具系統(tǒng)進行強度分析與計算，從而確定合理的夾緊力，同時避免過大的切削用量產(chǎn)生的切削力帶來的工件夾具系統(tǒng)的過大變形。
薄壁類零件和夾具作為一個整體,在進行加工中還要具有良好的抗振性，防止因振動所產(chǎn)生的工件表面質量降低、刀具損壞、切削過程無法進行等問題。為此，需要對夾具進行振動分析。在確定合理的切削參數(shù)之后,可通過改變夾具結構以提高固有頻率避免
共振現(xiàn)象的產(chǎn)生[2]。
根據(jù)工件在夾具中的定位與夾緊原則，結合某薄壁類零件的加工特點，設計了CNC加工中心氣動夾具，對工件切削過程進行了受力分析與計算,并利用有限兀分析軟件ANSYS Workbench進行了強度分析與模態(tài)分析，以驗證夾具設計的合理性，保證夾具具有良好的靜動態(tài)特性。
在進行夾具設計之前，首先要分析被加工工件的結構及加工工藝，確定定位基準面及夾緊面。其次利用六點定位原理和夾緊裝置設計原則設計定位和夾緊裝置,并設計夾具體、連接元件等，將夾具固定在機床上[>4]。圖1為用UG軟件建立的工件三維模型圖，其中零件左側兩平面為定位面，零件右側為夾緊部位，該部位面為略微向上凸起的曲面，與夾緊壓板接觸時為線接觸。該工件要在上方兩凸臺部位完成
平面銑削和鉆孔加工。圖2為所設計的夾具工件系統(tǒng)結構圖,工件定位面?zhèn)攘⒃诙ㄎ话迳希膫€孔和定位板上的四個立柱（其中兩個圓柱面立柱，兩個圓錐面立柱)接觸。考慮到定位板在加工時因受力產(chǎn)生的彎曲變形及夾緊氣缸的放置，在定位板后面又放置了一塊與其平行的支撐大板，該板與定位板之間用10個立柱與兩板上的孔以過盈配合的方式進行連接,用來施加夾緊力的四個氣缸分別用四個螺栓固定在支撐板上。底板用兩塊壓板固定在加工中心上,并考慮到支撐板的彎曲變形，在其后面增加了兩塊三角肋板，支撐板與三角肋板、底板之間通過螺栓進行連接。夾緊壓板通過銷釘、側板分別與氣缸活塞桿、氣缸體進行連接，從而組成平面四桿機構。夾緊時,活塞桿向上施加推力，夾緊壓板夾緊工件;松開時，活塞桿向下運動,夾緊壓板松開工件。
在夾具設計過程中，涉及到的尺寸參數(shù)包括各個板的長寬高及其相對位置、支撐立柱的直徑、長度及其分布位置、氣缸的分布位置等，這些尺寸參數(shù)是憑經(jīng)驗確定的，在進行結構設計完成之后還要對其進行強度分析，驗算夾具是否滿足受力、變形要求。為此,首先對工件平面銑削和鉆孔銑削時的受力情況進行了分析與計算，然后利用有限元軟件ANSYS Work-bench 分析了工件夾具系統(tǒng)的應力變形分布規(guī)律。