趙尊立

摘 要：在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何提高裝夾系統(tǒng)的精度一直為人們所關(guān)注。本文提出了夾具綜合分析的方法，以一個(gè)典型夾具為例進(jìn)行了靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差綜合分析，通過(guò)系列具體分析計(jì)算，校驗(yàn)和改進(jìn)了夾具的設(shè)計(jì)。本文為夾具誤差分析提供了工程分析方法。

關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計(jì)； 裝夾系統(tǒng)； 夾具誤差分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.227

0 引言

根據(jù)分類，目前將夾具所具有的誤差分為動(dòng)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差兩種。其中，由于刀具的磨損、溫度場(chǎng)的變化等因素引起的誤差叫做動(dòng)態(tài)誤差。而因?yàn)闄C(jī)床等定位方式引起的誤差稱為靜態(tài)誤差。在傳統(tǒng)夾具中，對(duì)于其進(jìn)行的精度分析不夠全面，具有一定的局限性，具體表現(xiàn)在只是對(duì)于這種夾具的動(dòng)態(tài)誤差或者靜態(tài)誤差中的一方面進(jìn)行分析，但是現(xiàn)實(shí)中需要綜合考慮這兩種誤差。本文旨在提出一種分析計(jì)算方法，結(jié)合靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差提出對(duì)加工精度影響較大的因素。通過(guò)這些能夠分析出相應(yīng)的結(jié)果，利用這些將對(duì)夾具的調(diào)整、定位、夾緊等方面提供進(jìn)一步幫助。

1 相關(guān)誤差的理論分析

零件在加工后所具有的形狀、尺寸、位置等幾何參數(shù)和設(shè)定的理想?yún)?shù)的相符程度稱為加工精度，而其中實(shí)際與理想設(shè)定之間的偏差被稱為加工誤差。加工誤差是加工精度中重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

在實(shí)際加工過(guò)程中，影響加工精度的因素有很多方面，但是通過(guò)對(duì)每一種影響因素分別分析、優(yōu)化太過(guò)于繁瑣，所以，利用模擬分析并分別計(jì)算出各種因素對(duì)于精度的影響，從而找出對(duì)于加工精度影響的最關(guān)鍵的因素。一旦出現(xiàn)加工精度沒(méi)有達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，利用這一計(jì)算分析的過(guò)程，就能夠針對(duì)于初始設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行是否需要重新設(shè)計(jì)的判斷，或者作出調(diào)整其他例如力、環(huán)境等動(dòng)態(tài)因素的選擇，從而達(dá)到提高精度的目的。以上，我們可以看出，這種模擬分析的適當(dāng)運(yùn)用是具有事半功倍的作用。

現(xiàn)以是否夾緊為標(biāo)定，對(duì)于加工前具有的初始狀態(tài)的誤差定義為靜態(tài)誤差；加緊后以及在加工過(guò)程中由于工藝而引起的的誤差定義為動(dòng)態(tài)誤差，考慮的誤差用以下列公式進(jìn)行表示：

現(xiàn)在選擇某葉片廠所用的一套鉆中心孔夾具，應(yīng)用上述靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差理論進(jìn)行分析。對(duì)夾具和葉片進(jìn)行三維建模。

定位方式：對(duì)葉冠處的規(guī)則表面進(jìn)行定位；夾緊方式：將葉冠定位處夾緊，同時(shí)在靠葉根處用4個(gè)頂尖頂緊，這是為防止葉片過(guò)長(zhǎng)而造成過(guò)大的形變?，F(xiàn)在針對(duì)于鉆孔精度進(jìn)行分析，只針對(duì)于在XOY平面中存在的誤差進(jìn)行分析，也就是只分析對(duì)于孔位置精度產(chǎn)生影響的各因素。之所以排除Z方向，這是因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中，Z方向上造成的誤差較小，同時(shí)夾具中沒(méi)有得到精確的定位，這里不做分析。

2 靜態(tài)誤差分析

此處選取夾具誤差、工件裝夾誤差和原理誤差三項(xiàng)因素進(jìn)行分析，因?yàn)檫@三項(xiàng)因素易于修正，而其它三項(xiàng)因其修正工作量大和難于實(shí)現(xiàn)這里暫先不予考慮。1夾具所具有的誤差（），這里選擇的是在夾具制造在過(guò)程中所帶有的原始誤差。鉆套孔中所具有的制造誤差表示為 ，誤差方向?yàn)榘霃饺我夥较?。其次，定位件在底板上的安裝，其安裝孔有制造誤差為X向0.025，Y向 0.01。

3 動(dòng)態(tài)誤差分析

3.1 夾具系統(tǒng)受力變形帶來(lái)的誤差

在這項(xiàng)誤差分析中，主要針對(duì)于在夾帶組裝過(guò)程中出現(xiàn)的變形，也就是因?yàn)閵A緊后所表現(xiàn)出的力使的定位原件產(chǎn)生的形變，在這項(xiàng)分析中，利用有限元分析的方法進(jìn)行分析模擬。

由分析可以得到定位元件在X、Y兩個(gè)方向的形變分別為、

3.2 由于受力變形造成的誤差

利用網(wǎng)格對(duì)于加工葉片進(jìn)行劃分，之后將底面進(jìn)行固定約束，只在上端的頂部有三個(gè)自由度分別為手動(dòng)限制水平方向的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度與兩個(gè)可移動(dòng)的自由度，同時(shí)在頂端的加工孔的位置存在有兩個(gè)力，分別為縱向力、回轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)力。工件本身處于受力狀態(tài)時(shí)在X、Y兩個(gè)方向上時(shí)，表現(xiàn)出的位移分別為0.01665、0.0145。

3.3 由于熱變形造成的誤差

在不同的分析模塊中，溫度因素表現(xiàn)出不同的因素。溫度因素在UG的[NLSCSH 153]熱分析模塊中是為約束因素中的一種，而在[SETATIC 101-單約束]靜力學(xué)分析中是以一種熱載荷的影響因素參與計(jì)算的。但是溫度在這些分析模塊中的本質(zhì)是相通的，在本文中的方法是將溫度作為熱載荷的類型進(jìn)行計(jì)算的。

由此可得：在本夾具系統(tǒng)中，工件本身在各上方向相對(duì)均勻，僅僅是因?yàn)樵跓崦浿挟a(chǎn)生了細(xì)微的影響，所以由于加工造成的溫度變化而對(duì)于加工精度造成的影響可以忽略不計(jì)。

4 綜合分析與修改方案

加工誤差是評(píng)價(jià)加工精度的指標(biāo)。由于不穩(wěn)定性，其中如果一個(gè)定位部件的位置發(fā)生了細(xì)微的變化，就會(huì)對(duì)于工件位置、方位等造成相對(duì)復(fù)雜的影響。通過(guò)與理想設(shè)計(jì)的狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)定位誤差對(duì)于工件位置的不同是由于改變定位基準(zhǔn)而造成的。通過(guò)確定出定位基準(zhǔn)的變化規(guī)律，就能夠確認(rèn)出在加工工件的表面上每一點(diǎn)所可能表現(xiàn)出的位置變化。所以通過(guò)對(duì)于這些誤差進(jìn)行分析估算，得出的結(jié)果就能夠?qū)τ趭A具進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。

通過(guò)以上的模擬分析出的到的結(jié)果，將不同的誤差進(jìn)行綜合考慮后進(jìn)行的夾具改良的設(shè)計(jì)方案是可行的，并由此提出修改意見(jiàn)。改進(jìn)可以從靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩個(gè)角度出發(fā)，靜態(tài)方面建議提高下端定位裝置的安裝精度；動(dòng)態(tài)方面，通過(guò)加強(qiáng)X向定位板的強(qiáng)度，改進(jìn)結(jié)構(gòu)以提高精度方面有一定空間。

5 小結(jié)

本文旨在提出一種對(duì)于夾具模型全面的分析方法，通過(guò)利用UG內(nèi)部的高級(jí)仿真模擬的功能，分析、設(shè)計(jì)出偏差更小的夾具模型。同時(shí)，通過(guò)這種分析思路、方法的提出，可以對(duì)于讀者更多的啟發(fā)，從而在今后對(duì)于夾具的精度進(jìn)行分析過(guò)程中有更大的幫助。

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