24小時(shí)論文定制熱線(xiàn)
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摘 要
隨著(zhù)機械加工行業(yè)競爭日益激烈，為保證生產(chǎn)效率，裝夾零件時(shí)越來(lái)越多采用了穩定、快速的液壓夾具。缸體類(lèi)與叉架類(lèi)零件屬于典型的多孔多面零件，零件成形面較多，壁厚較薄，形狀不規則且結構復雜，定位與夾緊方式選擇困難，易發(fā)生裝夾變形和工件邊角部分加工顫振，影響零件加工精度，對于夾具的質(zhì)量要求較高。傳統夾具結構尺寸優(yōu)化和輕量化設計耗費大量時(shí)間和精力。本文采用理論分析與仿真分析相結合的方法，以大批量生產(chǎn)的某型號單缸水冷式空壓機缸體為例，研究多孔多面零件液壓夾具設計與優(yōu)化，為此類(lèi)零件的夾具設計尋求一種合理的設計方法，縮短夾具設計周期，提升制造企業(yè)的競爭力。
對多孔多面零件進(jìn)行加工工藝分析，分析零件結構特性、加工要求，選定加工方法，擬定加工工序和工藝參數，為夾具設計提出技術(shù)指標與要求。
多孔多面零件夾具設計時(shí)，采用 TOPSIS 理想逼近排序法分析候選定位基準面和候選夾緊方案理想化逼近程度，確定了定位方式與夾緊方式。重點(diǎn)分析了 3-2-1 定位方式與一面兩銷(xiāo)定位方式，并進(jìn)行定位元件設計與定位誤差計算。使用 NOVEX 軟件估算切削力，進(jìn)而估算夾緊力，得出每個(gè)夾緊點(diǎn)所需夾緊力，進(jìn)行夾緊元件和輔助元件選型。
最后使用 CREO 軟件設計夾具整體模型，規劃夾具運行方案，并繪制液壓油路運行圖，完成夾具初步設計。
運用 ANSYS Workbench 軟件對夾具和工件進(jìn)行有限元靜力學(xué)仿真分析，通過(guò)分析變形量與應力分布情況，檢查夾具定位面與工件加工位置變形量是否合格。發(fā)現單缸水冷式空壓機缸體夾具系統和工件都出現應力集中和變形，得出定位支撐 2、CNA02 夾緊器壓頭和壓板 1 都需要進(jìn)行結構優(yōu)化。
采用響應面分析法與拓撲優(yōu)化分析法相結合的方法優(yōu)化夾具結構尺寸，并完成輕量化設計。針對表面質(zhì)量低、結構薄弱的夾緊平面裝夾應力集中問(wèn)題，設計了一款可微調壓頭。對單缸水冷式空壓機缸體壓板 1、定位支撐 2 和壓頭進(jìn)行結構優(yōu)化。對優(yōu)化后夾具系統和工件進(jìn)行有限元靜力學(xué)結構分析，得出夾具變形量和應力、工件應力都滿(mǎn)足加工需要，但工件加工面仍變形較大，通過(guò)增設 CSY03 輔助支撐，使工件總體變形量降至 0.013mm,腔體結合面和水道孔臺階面總體變形量分別降至 0.012 mm 和 0.007 mm,達到加工需要。
關(guān)鍵詞：多孔多面零件；工藝分析；液壓系統；夾具設計；有限元仿真
Abstract
The parts of cylinder block and fork frame are typical porous multifaceted partswith thin wall thickness, irregular shape and complex structure. In the process ofmachining, clamping deformation and machining chatter will inevitably occur, whichwill affect the machining accuracy. Therefore, the quality requirements on clampingdevices are higher. Traditional fixture design cycle is longer because fixtureoptimization costs a lot of time and energy. With the increasingly fierce competitionin the machining industry, in order to ensure the production efficiency, more andmore stable and fast hydraulic fixtures are used to clamp parts. In this paper, themethod of combining theoretical analysis and simulation analysis is adopted to studythe design and optimization of hydraulic fixture for porous multifaceted parts bytaking the cylinder block of a single-cylinder water-cooled air compressor producedin large quantities as an example, so as to find a reasonable design method for thefixture design of such parts, shorten the fixture design cycle and improve thecompetitiveness of manufacturing enterprises.
The processing technology of porous multifaceted parts including the structuralcharacteristics and processing requirements are analyzed, the processing proceduresand process parameters are determined, and the design requirements of fixture areproposed.
In fixture design, TOPSIS method is firstly used to analyze the degree ofidealized approximation of candidate positioning datum, and the positioning methodand clamping method are determined. The method of 3-2-1 positioning and one sideand two pins positioning are analyzed, and the positioning element design andpositioning error calculation are carried out. The clamping force at each clampingpoint is obtained by considering the cutting force calculated with NOVEX software,and the clamping elements and auxiliary elements are selected. Finally, the overall 3Dmodel of the fixture is designed in CREO software, the operation scheme andhydraulic control diagram of the fixture are planned.
The finite element static structure simulation analysis on the fixture andworkpiece is conducted in ANSYS Workbench in order to find out the reason ofdeformation and stress concentration of fixture positioning surface and workpiece. Itis concluded that the positioning support 2, CNA02 clamping device pressure headand pressing plate 1 need to be optimized.
To solve the problem of stress concentration of clamping plane with low surfacequality and weak structure, a fine-tuning indenter is designed. The structure ofpressure plate 1, positioning support 2 and pressure head are optimized. The finiteelement analysis on the optimized fixture system and workpiece shows that thedeformation and stress meet the processing needs, but the machined surfacedeformation of workpiece is still larger. By adding CSY03 auxiliary support, theoverall deformation of the workpiece is reduced to 0.013mm, and the deformation ofthe cavity joint surface and the channel hole step surface are reduced to 0.012mm and0.007mm respectively.
Key Words:Porous multifaceted parts; Process analysis; Hydraulic system;Fixture design; Finite element simulation
目 錄
第一章 緒論
1.1 課題研究背景及意義
隨著(zhù)機械制造業(yè)技術(shù)水平的提高，企業(yè)之間的競爭愈發(fā)激烈，客戶(hù)對產(chǎn)品的加工精度與個(gè)性化要求也越來(lái)越嚴格。多孔多面零件承擔傳遞轉矩、連接與保持零件之間相對位置的作用，應用非常廣泛，零件的加工精度很大程度上影響裝配體的裝配精度、使用壽命和工作精度。因此，零件裝配面精度要求較高，對夾具的裝夾質(zhì)量要求也很高。大多數機加工企業(yè)選擇柔性較好的加工中心作為主要加工設備加工多孔多面零件，但傳統工藝裝備無(wú)論是精度還是效率方面都限制了設備加工潛力，越來(lái)越多的企業(yè)選擇能夠提供較大夾緊力，快速、方便的液壓工藝裝備。
多孔多面零件成形面眾多，零件結構復雜，有很多可作為定位基準選擇的面，傳統的夾具設計定位與夾緊方式選取是根據原有的相似夾具進(jìn)行新產(chǎn)品夾具設計構思，通過(guò)經(jīng)驗判斷，選取定位與夾緊方式，沒(méi)有一致的選擇標準，也沒(méi)有合理的理論依據。
為保證切削加工的穩定進(jìn)行，夾具就必須對工件施加足夠的夾緊力。多孔多面零件多數成形面壁厚較薄，或者由于工件材料許用應力較低，施加夾緊力后容易出現應力集中和裝夾變形，造成加工超差。例如：本文后續分析的單缸水冷式空壓機曲軸箱缸體原加工工藝導致廢品率超過(guò) 10%,主要由水道孔錐度變形和腔體結合面邊角加工顫振導致。
在實(shí)際加工生產(chǎn)過(guò)程中，工藝裝備準備周期約占整體生產(chǎn)準備周期的一半，而在工藝裝備準備周期中約 70%耗費在夾具設計環(huán)節，產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)程受夾具設計效率影響極大，夾具設計質(zhì)量也極大地影響了產(chǎn)品加工質(zhì)量。多數液壓夾具元件與工件接觸部分設計為可拆卸型，例如壓板、帽蓋等結構，方便設計人員根據不同的工件結構進(jìn)行調整，此外，還有非標定位支撐、夾具底板等元件往往需要進(jìn)行結構尺寸優(yōu)化或者輕量化設計。傳統的夾具結構優(yōu)化通過(guò)反復進(jìn)行模型修改和測試，耗費了設計人員大量時(shí)間和精力，延長(cháng)了夾具設計周期，往往只能得到模型修改測試中相對最優(yōu)結構。
本文對多孔多面零件工藝分析與夾具設計進(jìn)行研究，為此類(lèi)零件的夾具設計尋求一種合理的設計方法，縮短夾具設計周期，提升制造企業(yè)的競爭力，選題具有較大的實(shí)用價(jià)值。
1.2 國內外研究的發(fā)展現狀
1.2.1 多孔多面零件加工與裝夾技術(shù)現狀
多孔多面零件結構沒(méi)有統一標準，工件裝夾不方便，針對此類(lèi)零件加工與裝夾技術(shù)國內外學(xué)者做了大量的研究。
Zhang F. P.等人[1]通過(guò)分析夾具布局規劃過(guò)程和夾具結構設計過(guò)程，對夾具設計過(guò)程相關(guān)知識進(jìn)行建模，形成了夾具設計知識重用的層次結構。利用關(guān)聯(lián)分析方法生成推理規則，確定工件定位方式和定位基準的主動(dòng)候選，采用熵權模糊綜合評判法從候選定位數據中選擇最合適的定位基準。將 RBR 與基于案例的推理相結合，實(shí)現了夾具元件的選擇、元件尺寸的驅動(dòng)和自動(dòng)裝配。Denkena Berend等人[2]采用逐步線(xiàn)性回歸的方法，確立了夾緊力、液壓和活塞位置模型。利用多傳感器評價(jià)提高傳感器擺動(dòng)夾具的測量精度，設計了一種利用傳感擺動(dòng)夾緊工件的夾具夾持系統。Kuigang Yu 等人[3]針對類(lèi)似汽車(chē)車(chē)身設計了一種柔性?shī)A具系統，該夾具控制系統可以計算定位單元的定位調節分量并驅動(dòng)定位單元的調節機構，完成三個(gè)坐標軸方向上端部定位塊的定位調整。YanFeng Xing[4]在傳統有限元分析模擬的基礎上，利用了輻射算法（SRA）和 Matlab 優(yōu)化工具箱中的遺傳算法（GAOT）對全局夾具定位點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以通風(fēng)罩夾具設計為例，提出了一種基于 3DCS 仿真（用于尺寸分析）和全局優(yōu)化算法相結合的全自動(dòng)高效夾具布局優(yōu)化設計。Xing Yanfeng 等人[5]提出了一種利用 NSSRA 算法優(yōu)化夾具方案的方法。
根據制造經(jīng)驗消除不可行的節點(diǎn)，根據所有可行節點(diǎn)的位置對少數組進(jìn)行劃分，使用 NSSRA 算法進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)選擇最優(yōu)組中的可行點(diǎn)，生成最優(yōu)夾具布局。
Zoppi Matteo 等人[6]針對航天工件自檢測夾具系統裝配布局優(yōu)化問(wèn)題，提出了"N-2-1-1"的夾具定位新原則，利用遺傳算法和有限元分析相結合的優(yōu)化方法對夾具布局進(jìn)行優(yōu)化。
蒲耀洲等人[7]針對薄壁套筒零件所受液壓夾緊力對工件變形量和定位精度的影響，應用 ANSYS 軟件分析得出了薄壁零件結構對工件裝夾變形大的影響規律，并且進(jìn)行結構優(yōu)化，獲得裝夾變形更小且油壓密封更好的結構。李峰虎、秦建斌和李衛平[8]針對螺旋槳葉片精加工剛度不足問(wèn)題，采用整體支撐圈加局部液壓浮動(dòng)支撐的辦法，解決了大側斜螺旋槳機加表面的顫紋。趙光輝[9]利用滑塊連桿機構，設計了一種卡爪張開(kāi)角度可調，自鎖性能較高的一體式液壓夾具。上海理工大學(xué)的李崇玉[10]建立裝配偏差源與裝配偏差關(guān)系的仿真模型，結合汽車(chē)前縱梁結構特性，以定位點(diǎn)橫坐標為設計變量，提出了一種基于響應面與 3DCS 仿真分析相結合的柔性焊裝夾具定位點(diǎn)布置方案設計的方法。楊磊、張國政和周元枝[11]針對批量生產(chǎn)的軸承套件多件裝夾鉆鉸孔加工，提出了一種 V 形塊定位和軸向氣動(dòng)夾緊的裝夾方式，并通過(guò)有限元分析驗證可行性。上海工程技術(shù)大學(xué)的高磊[12]針對汽車(chē)支架零部件，采用一面兩孔與偏心定位銷(xiāo)支架輔助支撐配合的方式進(jìn)行定位，提出了一種基于 Petri 網(wǎng)預估生產(chǎn)效率的夾具設計方法。南京航空航天大學(xué)的張瑋[13]在線(xiàn)彈性、小變形假設和超元剛度矩陣的基礎上，引入夾具法向定位補償量的夾具設計方法，實(shí)現夾具主動(dòng)定位調節控制裝配偏差。廣西大學(xué)的毛丹丹[14]針對汽車(chē)后橋支架加工，通過(guò)對支架上叉口的頂面和內側面，下叉口的兩內側面粗基準采用定位釘解決了支架加工定位誤差較大的問(wèn)題，并通過(guò)拓撲優(yōu)化對夾具進(jìn)行輕量化設計。中北大學(xué)的袁少飛[15]通過(guò)計算工件特征的模糊相似性，運動(dòng)矢量判別法完成候選裝夾特征集合的推理，通過(guò)標準離差法和隸屬度理論建立層次分析模型，得出最優(yōu)定位基準排序。
綜上分析，國外多孔多面零件裝夾技術(shù)多數基于仿真分析進(jìn)行研究，國內裝夾技術(shù)多數針對某一種零件設計專(zhuān)用結構，對于多孔多面類(lèi)零件定位與裝夾合理性沒(méi)有一致的評判標準。因此本文研究為此類(lèi)零件的夾具設計尋求一種合理的定位與夾緊設計方法。
1.2.2 液壓夾具設計國內外技術(shù)現狀
在實(shí)際加工生產(chǎn)中多數采用液壓夾緊或者氣動(dòng)夾緊。氣動(dòng)夾緊設備結構簡(jiǎn)單、夾緊運動(dòng)速度快，但夾緊元件體積相比于液壓元件大，所能適用的壓力較小，一般為≤1MPa,適用于所需夾緊力不大的場(chǎng)合，且氣動(dòng)夾緊機構動(dòng)力源工作時(shí)噪聲大。液壓夾緊元件能提供較大的夾緊力，結構緊湊，相比氣動(dòng)元件更加方便、穩定。液壓夾具設計技術(shù)方面，國內外專(zhuān)家學(xué)者做了大量研究。
Olabanji Olayinka 等人[16]通過(guò)對零件進(jìn)行應力和位移分析，確定了液壓元件參數，通過(guò)夾具應力分析，驗證了夾具材料的屈服強度在可承受范圍內。通過(guò)對液壓執行機構進(jìn)行響應分析，得出通過(guò)電液閥正弦輸入可以實(shí)現液壓執行機構同步，結合沖壓制動(dòng)模型裝配經(jīng)驗，設計了一種可重構裝配夾具。Andrew Illidge和 Glen Bright[17]通過(guò)測試進(jìn)給速度和主軸轉速參數變化的情況下夾具系統的響應，設計了一種自動(dòng)柔性?shī)A具系統。該夾具能夠容納多種幾何形狀零件、具有半自動(dòng)夾具設計功能，并在加工過(guò)程中提供自適應反饋。Yadav M.H 和 Mohite S.S[18]
基于 ANSYS 有限元分析的數值框架，預測工件的結構變形。通過(guò)對鋁工件夾具繪制夾緊力與變形特性，將有限元分析數值框架與 CAFD 系統集成，調節液壓夾具壓力，矯正夾緊機構控制工件變形，實(shí)現自適應夾具的設計。Chetankumar M.
Patel 等人[19]針對要求互換性很強的鏜孔小規模生產(chǎn)，設計了一款主要定位元件為可擴展夾頭的夾頭式液壓夾具。
上海交通大學(xué)姚杰[20]通過(guò)分析零件結構特性，確定加工工藝，將實(shí)際工況與有限元仿真相結合查看工件最大變形以及切削變形，對專(zhuān)用液壓夾具設計進(jìn)行了詳細分析。齊魯工業(yè)大學(xué)的丁濤[21]改進(jìn)了扭轉實(shí)驗機夾具夾緊、旋轉和密封，利用 Inventor 軟件對液壓夾具的關(guān)鍵零部件進(jìn)行力學(xué)模型分析。齊瑞曉、雷務(wù)然和趙賀[22]針對汽車(chē)傳動(dòng)軸端面齒中間凸緣鉆孔設計為采用內花鍵定位液壓夾具。
利用 SolidWorks 軟件進(jìn)行夾具設計和模擬檢查，驗證夾具設計的可行性和準確性。孫曉春和尚春祥[23]針對一面兩銷(xiāo)定位方式的夾具，由液壓控制夾緊，定位元件設計為易拆卸結構。加工內容變化時(shí)，基座不變，更換相應配件，實(shí)現液壓夾具的通用化。大連交通大學(xué)冷雪峰[24]針對飛輪殼馬達孔加工變形進(jìn)行定位夾緊方案分析，以及工件在切削力和夾緊力共同作用下有限元分析。結果表明，增設輔助支撐能有效提高薄壁件剛度，減少加工變形和避免顫振。任曉娟和趙小軍[25]針對鏜床鏜孔工序特點(diǎn)，通過(guò)工藝要求分析，對夾具定位銷(xiāo)夾緊缸支座和直線(xiàn)油缸進(jìn)行設計，提高了加工精度。李磊和尹文晶[26]針對液壓夾具只能獨立執行動(dòng)作造成加工事故，將液壓夾具控制程序嵌入到機床加工程序代碼中，實(shí)現了機床加工安全互鎖，提高了設備運行安全性。
1.2.3 有限元仿真分析在夾具設計中的應用
在夾具設計中常用有限元靜力學(xué)結構分析查看工件、夾具或夾具主要受力零件的變形和應力分布，針對不同的生產(chǎn)工藝，對比篩選最優(yōu)方案，提高設計的可靠性和合理性。
Vijaya Ramnath[27]針對機床翻新夾具材料選用問(wèn)題，使用 ANSYS 軟件分析了鑄鐵、模具鋼、和硬質(zhì)合金三種材料作為夾具材料，對夾具使用效果的影響，結果表明硬質(zhì)合金材料是最佳選擇。Khan A.等人[28]提出了一種集成計算機輔助工藝規劃和計算機輔助夾具布局規劃系統，利用夾具數據庫的初始數據和標準夾具規則確定定位布置和可行基準合適位置，通過(guò) ANSYS 參數化設計語(yǔ)言?xún)?yōu)化工具自動(dòng)優(yōu)化定位器和夾具位置，得到變形量的有限元分析結果。Liang Zhipeng等人[29]針對非自動(dòng)處理長(cháng)階梯軸齒輪加工定位精度問(wèn)題，提出了雙夾（DCC）理論設計，通過(guò)理論計算和仿真分析研究夾緊性能，基于 DCC 結構自動(dòng)升降機構的擴展設計和工程應用。實(shí)現了長(cháng)階梯軸齒輪的高效自動(dòng)化加工。PrajwalShenoy 等人[30]針對傳統滾齒夾具作業(yè)準備時(shí)間長(cháng)，設計了一種分體式夾具，通過(guò)有限元靜力學(xué)結構分析和模擬模態(tài)分析實(shí)際工況。查看共振頻率、應力、變形，檢查設計合理性和關(guān)鍵部位安全性能。Amaral Nicholas 等人[31]利用有限元分析方法，建立工件邊界條件及機械加工過(guò)程中的載荷模型，分析組合夾具刀具接觸區域的變形及優(yōu)化夾具支撐位置。
郭俊毫[32]通過(guò)仿真得到模擬試驗夾具的應力狀態(tài)和重量，利用響應面法建立近似函數表達式，使用蒙特卡洛抽樣得到最優(yōu)參數。最終通過(guò)有限元分析驗證夾具，最終得到優(yōu)化分析結果。杜風(fēng)嬌和劉建剛[33]利用蛇形彈簧軸向受力使徑向膨脹原理，針對薄壁套筒類(lèi)零件設計了一種夾具。利用 ANSYS Workbench 軟件對夾具材料、螺栓擰緊力矩和套筒零件進(jìn)行仿真分析。夾具所使用的材料滿(mǎn)足其性能要求，變形量與實(shí)際工況相符。宣立明等人[34]利用 ANSYS Workbench 軟件模擬彎頭夾具工況進(jìn)行靜力學(xué)分析，優(yōu)化夾具壁厚參數，最大程度減少夾具質(zhì)量。中北大學(xué)的成蔚[35]利用 ANSYS Workbench 軟件模擬工件工況，進(jìn)行受力變形分析，進(jìn)一步驗證優(yōu)化夾具設計方案。孫守富等人[36]利用有限元分析軟件對車(chē)用高速電機臺架夾具進(jìn)行模態(tài)分析，對比材質(zhì)、外形尺寸和厚度參數優(yōu)化結構，得到一種固有頻率遠離激勵信號頻率的振動(dòng)夾具結構。王亮和王曉霞[37]利用有限元分析軟件進(jìn)行靜力學(xué)結構分析，查找?jiàn)A具最大變形位置，在變形位置增設結構提高結構剛性，對所設計的鉆床夾具進(jìn)行模態(tài)分析，通過(guò)分析夾具固有頻率與振型，選用加工所用鉆床的電機。
綜上分析，國內外研究人員多數使用有限元仿真分析軟件中的某一模塊輔助夾具設計，結構優(yōu)化多數依靠經(jīng)驗。針對此類(lèi)問(wèn)題，本文使用有限元靜力學(xué)結構分析模塊作為校核，使用結構優(yōu)化模塊同時(shí)完成結構優(yōu)化和結構輕量化設計。
1.3 本課題的研究?jì)热?/strong>
本文主要研究多孔多面零件夾具設計過(guò)程，以單缸水冷式空壓機曲軸箱缸體主要加工面的夾具設計為例，闡述多孔多面零件夾具設計過(guò)程。具體研究?jì)热萑缦拢?/p>
（1）首先進(jìn)行零件加工工藝分析，擬定加工工序，為夾具設計提出技術(shù)指標與要求。
（2）研究采用 TOPSIS 理想排序法對候選定位面和候選夾緊方案進(jìn)行理想化排序，確定定位與夾緊設計方案。完成定位元件設計、定位誤差計算、夾緊力計算以及液壓夾緊元件和輔助元件選型。使用 CREO 軟件完成夾具整體建模，以及液壓運行方案設計。
（3）利用 ANSYS Workbench 軟件對工件與夾具系統進(jìn)行有限元靜力學(xué)結構分析，獲得工件與夾具的應力應變云圖，為進(jìn)一步優(yōu)化夾具提供依據。
（4）基于響應面分析與拓撲優(yōu)化分析基本原理，研究?jì)?yōu)化夾具結構。
本章小結本章主要介紹了課題研究背景和意義，多孔多面零件加工裝夾技術(shù)現狀、液壓夾具發(fā)展現狀和有限元分析在夾具設計方面的應用發(fā)展現狀，進(jìn)一步提出課題研究?jì)热荩瑸楹罄m內容的展開(kāi)做好鋪墊。
第二章 機械加工工藝分析
2.1 零件圖分析
2.1.1 零件結構分析
2.1.2 毛坯材料分析
2.1.3 零件尺寸公差分析
2.1.4 零件形位公差分析
2.2 主要加工表面加工方法的選擇
2.2.1 主要面加工方法
2.2.2 主要孔的加工方法
2.3 加工工序的擬定
2.3.1 加工工序的編排原則
2.3.2 擬定加工工序
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第三章 夾具設計
3.1 定位與夾緊方案設計
3.1.1 TOPSIS 理想逼近排序法原理
3.1.2 TOPSIS 理想逼近排序法實(shí)例驗證
3.1.3 定位元件設計
3.1.4 定位誤差計算
3.2 液壓元件選型方案
3.2.1 夾緊力的估算與實(shí)例計算
3.2.2 夾緊元件選型方法
3.2.3 夾緊器選型實(shí)例
3.2.4 其余輔助元件選型方法與選型實(shí)例
3.3 夾具整體建模與液壓運行方案
3.3.1 夾具整體建模
3.3.2 液壓運行方案
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第四章 有限元靜力學(xué)結構仿真分析
4.1 有限元分析流程
4.2 有限元靜力學(xué)結構仿真實(shí)例
4.2.1 夾具有限元夾具靜力學(xué)結構仿真
4.2.2 工件靜力學(xué)有限元結構仿真
本章小結
第五章 基于 ANSYS 軟件的夾具結構優(yōu)化
5.1 ANSYS 結構優(yōu)化模塊介紹
5.1.1 響應面分析原理
5.1.2 拓撲優(yōu)化原理
5.2 ANSYS 結構優(yōu)化實(shí)例
5.2.1 壓板結構優(yōu)化
5.2.2 定位支撐結構優(yōu)化
5.2.3 裝夾面應力集中結構優(yōu)化
5.3 結構優(yōu)化后夾具與工件仿真分析
5.3.1 優(yōu)化后夾具靜力學(xué)有限元結構分析
5.3.2 優(yōu)化后缸體靜力學(xué)有限元結構分析
本章小結
結 論
本文以單缸水冷式空壓機缸體重要加工面夾具設計為例，對多孔多面零件加工工藝和夾具設計展開(kāi)分析，得出結論如下：
（1）運用 TOPSIS 理想排序法對候選基準面與候選夾緊方案進(jìn)行理想化排序，可以合理確定定位方案與夾緊方案。運用 NOVEX 軟件估算切削力，有利于準確計算夾緊力，完成夾緊元件和輔助元件選型。運用 CREO 軟件完成了夾具整體建模，并設計了液壓油路圖和夾具運行方案。
（2）通過(guò) ANSYS Workbench 軟件對工件與夾具系統進(jìn)行有限元靜力學(xué)結構分析，根據夾具系統和工件的變形與應力云圖，能夠發(fā)現夾具設計不合理之處，壓板 1、CNA02 夾緊器壓頭、定位支撐 2 需要進(jìn)行結構優(yōu)化。
（3）設計了一種可微調壓頭，增大夾緊力施加面積，改善應力分布，使夾緊力施加避開(kāi)工件薄弱結構，降低工件變形量。
（4）通過(guò)拓撲優(yōu)化分析和響應面分析，壓板重量降低 6.8%,總體變形量降低 46.5%,等效應力降低 40.5%;定位支撐 2 總體變形量降低 76.3%;新壓頭質(zhì)量降低 20.2%,總體變形量降低 10%.
（5）夾具優(yōu)化后，對工件和夾具系統進(jìn)行有限元靜力學(xué)結構分析，夾具系統總體變形量與應力、工件應力都滿(mǎn)足加工需要，但工件腔體結合面變形較大，通過(guò)增設輔助支撐 CSY03,增加工件邊角部分剛度的同時(shí)，使工件總體變形量降至0.013mm,相比優(yōu)化前降低了53.6%;腔體結合面總體變形量降至0.012 mm,水道孔臺階面總體變形量降至 0.007 mm,達到加工需要。
參 考 文 獻
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致 謝
兩年的研究生學(xué)習即將結束，又到了畢業(yè)季說(shuō)再見(jiàn)的時(shí)候。回首兩年時(shí)光，導師的諄諄教導，同學(xué)的互幫互助，實(shí)習工廠(chǎng)揮灑的汗水，課堂上老師們的專(zhuān)業(yè)講解，仿佛都縈繞在耳旁、閃現在腦海。風(fēng)雨過(guò)后終遇彩虹，經(jīng)歷學(xué)校的悉心栽培，使我從一個(gè)只懂得淺顯理論的學(xué)生，變成一個(gè)實(shí)踐與理論相結合，整體能力得到很大提升的學(xué)生。
首先我想感謝我的導師王春教授，我的導師非常和藹可親，耐心的為我解答實(shí)習過(guò)程中、課題完成過(guò)程中遇到的問(wèn)題。由于新冠肺炎疫情的影響，導師不能當面指導，卻依然經(jīng)常電話(huà)督促課題進(jìn)展，細心審閱論文，給出最合適的修改方案。導師為了讓我能夠更直觀(guān)、更全面的學(xué)習夾具方面的知識，細心的為我安排工廠(chǎng)技術(shù)中心實(shí)習，參與工廠(chǎng)夾具設計，能夠與多名老牌夾具工程師交流溝通，實(shí)踐能力得到很大的提升。導師樂(lè )觀(guān)積極的生活態(tài)度、嚴謹治學(xué)的工作態(tài)度時(shí)刻散發(fā)著(zhù)榜樣的力量，對我今后的工作和生活影響非常大。
開(kāi)題過(guò)程中，感謝施志輝老師，閻長(cháng)罡老師、楊亮老師、林盛老師、朱建寧老師的悉心指導，為后續課題的展開(kāi)提出寶貴的意見(jiàn)。深深的感謝數控技術(shù)與裝備自動(dòng)化課題組的所有老師，感謝您們兩年來(lái)對我的悉心教導，感謝您們在我兩年研究生生涯里提供的幫助。
感謝韓德元師兄拓寬了我的知識面，使我了解更多機械方面的先進(jìn)科技知識；感謝牛銘師兄引領(lǐng)我走進(jìn)大連交通大學(xué)，以及對我學(xué)習和生活中提供的幫助；感謝趙銳師兄、趙憶文師兄對我的幫助與照顧。在此，我想對實(shí)驗室的所有師兄弟們說(shuō)句謝謝！
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