ansys深腔薄壁件数控加工仿真及专用夹具设计(2)

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5 夹具设计 26

5.1 机床夹具概述 26

5.2 固定件的选择 26

5.3 夹紧力的计算 27

5.3.1 夹紧力的方向 27

5.3.2 夹紧力作用点的确定 27

5.3.3 夹紧力的大小 28

5.4 装夹变形的有限元分析 29

6 工件的仿真加工 30

6.1 仿真加工概述 30

6.2 工件仿真加工 30

致谢 33

参考文献 35

1 绪论

深腔薄壁件指的是具有较大深度型腔并由各种较薄的板或壳和一些加固结构构成的质量轻巧的零件。通常认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、平板件、轴类和特形件中，当零件壁厚与内径曲率半径或轮廓尺寸的比小于1：20 时，称作薄壁零件[1]。薄壁件越来越广泛地作为关键的结构件应用于航天、机械等多个领域之中，因为它具有比强度高、较好导电导热性能、造型美观、质量轻巧等众多优良的性能。这些薄壁零件通常由铝合金或其他轻质的材料制成,具有较为复杂的结构较高的外形协调要求，零件的外轮廓尺寸相对于截面的尺寸较大、加工余量大、相对刚度较低,加工工艺性差。薄壁零件加工时容易发生变形，在切削力、切削热、切削振颤等多方面的因素的影响下,加工精度易受到影响，加工效率不高，尤其是在切削力的作用下,侧壁和腹板很容易变形,会造成零件尺寸误差过大、厚度不均匀等问题[2]。

在航天工业、机械等关键领域，薄壁零件的使用范围十分广，在航空产业中薄壁零件更为常见，由铝合金所制成的深腔薄壁件质量较轻，可以达到减少重量以及提高比强度的目的。在许多西方制造强国中，薄壁件为军事中的重要零部件或重要民用领域中的十分关键的技术，因此被视为重要机密而严格封锁，我国在该类零件的技术上远不如一些制造业发达的国家。在生产中，薄壁件的加工工艺较为复杂，通常使用数控机床进行切削,高速铣削在所有的加工方法中最适合于薄壁件，所以最为常见。薄壁件在加工时由于结构特殊、刚度低，在夹紧力和切削力作用下容易造成较大的应变，难以确保工件较高的加工精度。所以，使用有限元分析，分析薄壁件的形变以及使用模拟加工技术分析加工方法，对加工精度的提高有着重要的理论意义和实用价值。

上世纪70 年代以来，数控技术开始慢慢展露出来。它是用于机床的一种控制技术，可以实现设备的自动切削，辅助生产。随着计算机、传感与检测、自动控制和机械制造等技术的不断进步,20多年来，机床数控技术得到了十分迅速发展。仿真技术是用来研究和设计复杂系统的一种新型、有效工具。所谓数控加工仿真, 指的是运用计算机图形学对切削及其他加工过程中刀具运动和切削的过程进行模拟, 具有快速、仿真度高、成本低等优点[3]。

数控机床作为典型的机电一体化产品是高新技术的重要组成部分,采用数控机床提高机械工业的数控化率, 已成为当前机械制造技术更新的必由之路[4]。近年来, 数控机床在制造行业得到了越来越广泛的应用。它能真实形象地显示出刀具的加工过程，刀具动作及切削状态。同时可以完成对一些类似过切、欠切或其他问题以及刀具-工件、刀具-夹具之间的干涉情况的可视、定量的验证,让模拟的切削加工直接地显示出来。模拟加工技术在加工建模、预测、仿真计算和图形显示等方面取得了重要进展,并且为验证数控加工程序的可靠性及预测切削加工过程提供强有力的工具, 目前正向模型的精确化、仿真计算实时性和图形显示的真实感方向发展。