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基于NX Nastran的缸體加工中心夾具夾緊桿的疲勞分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)
閱讀：74 發(fā)布時(shí)間：2020-8-11文章預(yù)覽：
發(fā)動機(jī)缸體粗加工數(shù)控加工中心的夾具分為上料夾具和工裝夾具2大類，按照加工工藝要求，粗加工需完成粗銑缸體各端面3 mm、缸孔2.5 mm和精鉸定位銷孔，加工余量大，工件受切削作用力大。而工件在工裝夾具上均以毛坯粗基準(zhǔn)面為定位基準(zhǔn)，各夾緊點(diǎn)也均為毛坯面，這些都對工件的工裝夾具提出更高的要求。
加工中心的各類夾具中，粗加工工裝夾具復(fù)雜，各夾緊元件受力狀況。圖1為缸體一期粗加工OP30數(shù)控加工中心的工裝夾具結(jié)構(gòu)。
缸體粗加工數(shù)控加工中心由德國的MAG公司設(shè)計(jì)，主要用于粗銑缸蓋、油底殼、機(jī)油泵前端蓋以及變速箱的安裝面，粗鏜缸孔和鉆鉸半精、精加工定位銷孔。當(dāng)工件由上料夾具翻轉(zhuǎn)至工裝夾具上后，Z方向由夾具Z向夾爪和Z向夾緊桿將工件的Z向粗基準(zhǔn)面瓦、盡貼合至夾具Z向定位面；7方向由夾具主夾緊桿將工件的F向粗基準(zhǔn)面^、認(rèn)貼合至夾具F向定位面;Z方向由夾具Z向夾爪將工件的z向粗基準(zhǔn)面F貼合至夾具Z向定位面;后r/z輔助夾緊桿壓緊工件提高整個缸體的剛度，如圖2和圖3所示。
在Z方向，通過作用在毛坯水堵孔的夾緊桿將工件粗基準(zhǔn)面瓦壓緊到工裝夾具左Z向定位面，當(dāng)用鉸刀加工缸孔時(shí)，工件受Z方向較大的進(jìn)給力K作用，如圖4所示。該力傳遞到夾具上由Z向夾緊桿、Z向夾爪、各主夾緊桿和F/Z輔助夾緊桿承受。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的Z向夾緊桿由2個部分組成：夾緊頭和連接桿。給液壓缸提供4.5 MPa液壓油時(shí)，液壓缸活塞向上運(yùn)動。在垂直于活塞內(nèi)腔與連接桿球頭接觸的斜面上，連接桿受斜面法向壓力八作用繞球鉸鏈旋轉(zhuǎn)，使夾緊頭壓緊缸體水堵孔，此時(shí)夾緊頭受缸體反作用力F/作用，如圖5所示。
由于夾緊頭與連接桿采用螺紋連接，夾緊頭螺
桿根部和連接桿安裝夾緊頭沉孔直角處存在應(yīng)力集中。當(dāng)采用大進(jìn)給量鏜削缸孔時(shí)，連接桿在直角處受脈動循環(huán)應(yīng)力的作用發(fā)生裂紋萌生、擴(kuò)展以及斷裂，如圖6所示。在生產(chǎn)過程中，夾緊桿的斷裂會導(dǎo)致加工中心悶車、斷刀、工件頻繁夾緊不合格和因缸孔震紋而報(bào)廢，嚴(yán)重影響整線的生產(chǎn)和缸體的加工質(zhì)量，是缸體生產(chǎn)線的瓶頸工位。因此需要對夾緊桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率，提高缸體的加工質(zhì)量。
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結(jié)束語：
通過以上分析，在對夾具夾緊構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，不僅需要考慮靜強(qiáng)度是否滿足工件的強(qiáng)度和壽命的要求，還需進(jìn)行抗疲勞計(jì)算。利用UGNastran等分析軟件進(jìn)行疲勞分析，在虛擬技術(shù)的基礎(chǔ)上對工件進(jìn)行基于疲勞壽命的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大幅度減少設(shè)備的維護(hù)成本、設(shè)備停機(jī)時(shí)間和工件因加工質(zhì)量不合格的報(bào)廢率，提高經(jīng)濟(jì)效益，為類似設(shè)備使用過程中頻繁變形、斷裂失效的原因分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和疲勞壽命評估提供參考。