第12期 2016年12月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)12013304
DOI:10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2016. 12. 036
基于装夹方案的夹紧力及加工变形仿真*
郑耀辉，王江涛，王明海",2，李晓鹏
No.12 Dec.2016
（1.沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科试验室，沈阳110136：2.北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)
摘要：夹具装夹引起的变形是影响薄壁件加工精度的重要因素。针对大型薄壁回转体车削加工过程中工件易变形的问题，应用有限元分析软件，讨论了工件装夹有限元模型中的接触方式、切削力加载以及材料去除方式等关键问题，建立了大型薄壁回转体车削装夹有限元模型。运用所建立模型，分析了夹紧件数量、接触面积以及辅助支撑等因素对央紧力和工件变形量的影响规律。结果表明，该有限元模型可以有效地预测薄壁件的夹紧力大小和工件变形量，并为薄壁件装夹方案的优化提供可靠的数据支持。
关键词：装夹方案；夹紧力；加工变形；有限元仿真
中图分类号：TH122;TG501
文献标识码：A
The Clamping Force and Machining Deformation Simulation Based on Clamping Scheme
ZHENG Yao-hui', WANG Jiang-tao' , WANG Ming-hai',2,LI Xiao-peng
(1. Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process,Shenyang Aerospace, Shenyang 110136, China;2. Energy and Power Engineering Academy, Beihang University，Beijing 100191,China）
Abstract: The deformation caused by clamping is an important factor which affects the machining accuracy of thin-wall component. To research the deformation problem, the key factors include the contact mode, thc cutting force loading mode and the material remove mode were discussed with finite element analysis soft-ware,and the large-scale cylinder turning clamping model was developed. Using the model developed, the influences of the clamping element number,the contact area,and the assistant support to the clamping force and the deformation were analyzed. The results show that, the clamping force and the deformation of the thin-wall parts can be effectively predicted by the finite element model, and which can provide reliable data support for optimization of the clamping scheme.
Key words : clamping scheme ;clamping force ; machining deformation; finite element analysis
0引言
航空制造业中，薄壁件的加工变形问题一直以来是影响提高零件加工质量的难题。在加工过程的所有环节中，夹具装夹引起的加工变形是影响零件加工精度的重要因素，尤其是对于航空零件，通常尺寸大，壁厚薄，刚性弱，装夹问题尤为突出。合理的装夹方式可以有效地控制夹紧力的大小和分布，进而抑制零件的加工变形。
目前，对于薄壁件的装夹变形问题主要有两种研究方法。一种是采用数学方法建模，这种方法通常将工件变形用表示为夹紧力大小、作用点、作用顺序等因素的函数，用有限元方法针对装夹系统建立数学建模，将切削过程分解从而求出工件变形量，最后用线性规
收稿日期：2016-01-24；修回日期：2016-03-01
划、遗传算法等方法优化夹紧力、装夹作用点等因素从而得到最优夹紧方案1-3]。秦国华、张卫红[46]等研究了在定位件和夹紧件作用下工件夹紧力及切削力作用下建立了数学模型，求解了夹紧系统不同装夹点、装夹顺序、夹紧力大小的工件最小变形量。陈蔚芳、倪丽君[79]等以变形量最小化和变形均匀化为目标，优化了夹具布局和夹紧力大小，提出了采用变夹紧力夹具减小加工变形的方法。另一种方法是应用有限元分析软件建立工件的装夹及切削模型，通过模拟计算求解出夹具的夹紧力及工件变形量，从而得到最优装夹方案。董跃辉[l0]应用abaqus等软件模拟了薄壁件铣削加工中各种装夹方案的加工变形。路冬[11]研究了铣削过程中工件变刚度的装夹变形问题。
由于工件-夹具接触模型复杂，考虑切削力、材料能
*基金项目：中航工业产学研专项项目（exy2014SH20）
作者简介：郑罐辉（1975—一），男，辽宁铁岭人，沈阳航空航天大学副教投，工学硕士，研究方向为数控、精密与超精密加工技术，（E-mail)wangjiang
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