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前言：

CNC加工中心專用夾具作為機(jī)械產(chǎn)品CNC加工中的一種重要的工藝裝備，對(duì)于保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、提高加工效率、擴(kuò)大加工中心使用范圍起著重要的作用。不同結(jié)構(gòu)的零部件，加工工工藝不同，夾具結(jié)構(gòu)也各異。薄壁類零件是用途十分廣泛的零部件,該類零件在數(shù)控加工中心上進(jìn)行加工時(shí)容易出現(xiàn)變形等現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了零件的加工精度^[|]。因此，在進(jìn)行薄壁類零件夾具設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意這種問題。

薄壁類零件夾具的設(shè)計(jì)符合夾具設(shè)計(jì)的一般原理與步驟，即要滿足工件定位與夾緊原則。同時(shí)，為防止零件在加工過程中出現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形現(xiàn)象，還要對(duì)工件夾具系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)度分析與計(jì)算，從而確定合理的夾緊力，同時(shí)避免過大的切削用量產(chǎn)生的切削力帶來的工件夾具系統(tǒng)的過大變形。

薄壁類零件和夾具作為一個(gè)整體,在進(jìn)行加工中還要具有良好的抗振性，防止因振動(dòng)所產(chǎn)生的工件表面質(zhì)量降低、刀具損壞、切削過程無法進(jìn)行等問題。為此，需要對(duì)夾具進(jìn)行振動(dòng)分析。在確定合理的切削參數(shù)之后,可通過改變夾具結(jié)構(gòu)以提高固有頻率避免

共振現(xiàn)象的產(chǎn)生^[2]。

根據(jù)工件在夾具中的定位與夾緊原則，結(jié)合某薄壁類零件的加工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專用CNC加工中心氣動(dòng)夾具，對(duì)工件切削過程進(jìn)行了受力分析與計(jì)算,并利用有限兀分析軟件ANSYS Workbench進(jìn)行了強(qiáng)度分析與模態(tài)分析，以驗(yàn)證夾具設(shè)計(jì)的合理性，保證夾具具有良好的靜動(dòng)態(tài)特性。

1夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)之前，首先要分析被加工工件的結(jié)構(gòu)及加工工藝，確定定位基準(zhǔn)面及夾緊面。其次利用六點(diǎn)定位原理和夾緊裝置設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)定位和夾緊裝置,并設(shè)計(jì)夾具體、連接元件等，將夾具固定在機(jī)床上^[>^4]。圖1為用UG軟件建立的工件三維模型圖，其中零件左側(cè)兩平面為定位面，零件右側(cè)為夾緊部位，該部位面為略微向上凸起的曲面，與夾緊壓板接觸時(shí)為線接觸。該工件要在上方兩凸臺(tái)部位完成

平面銑削和鉆孔加工。圖2為所設(shè)計(jì)的夾具工件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,工件定位面?zhèn)攘⒃诙ㄎ话迳希膫€(gè)孔和定位板上的四個(gè)立柱（其中兩個(gè)圓柱面立柱，兩個(gè)圓錐面立柱)接觸。考慮到定位板在加工時(shí)因受力產(chǎn)生的彎曲變形及夾緊氣缸的放置，在定位板后面又放置了一塊與其平行的支撐大板，該板與定位板之間用10個(gè)立柱與兩板上的孔以過盈配合的方式進(jìn)行連接,用來施加夾緊力的四個(gè)氣缸分別用四個(gè)螺栓固定在支撐板上。底板用兩塊壓板固定在加工中心上,并考慮到支撐板的彎曲變形，在其后面增加了兩塊三角肋板，支撐板與三角肋板、底板之間通過螺栓進(jìn)行連接。夾緊壓板通過銷釘、側(cè)板分別與氣缸活塞桿、氣缸體進(jìn)行連接，從而組成平面四桿機(jī)構(gòu)。夾緊時(shí),活塞桿向上施加推力，夾緊壓板夾緊工件;松開時(shí)，活塞桿向下運(yùn)動(dòng),夾緊壓板松開工件。

2夾具強(qiáng)度分析

在夾具設(shè)計(jì)過程中，涉及到的尺寸參數(shù)包括各個(gè)板的長(zhǎng)寬高及其相對(duì)位置、支撐立柱的直徑、長(zhǎng)度及其分布位置、氣缸的分布位置等，這些尺寸參數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)確定的，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后還要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析，驗(yàn)算夾具是否滿足受力、變形要求。為此,首先對(duì)工件平面銑削和鉆孔銑削時(shí)的受力情況進(jìn)行了分析與計(jì)算，然后利用有限元軟件ANSYS Work-bench 分析了工件夾具系統(tǒng)的應(yīng)力變形分布規(guī)律。

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結(jié)束語：

(1) 通過對(duì)工件結(jié)構(gòu)及加工工藝分析，設(shè)計(jì)了針對(duì)薄壁件的CNC加工中心夾具。

(2) 通過對(duì)工件夾具系統(tǒng)進(jìn)行平面銑削和鉆孔受力分析和計(jì)算，完成了平面銑和鉆孔強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，平面銑削過程中，夾具強(qiáng)度足夠,總體變形也符合要求;鉆孔過程中，夾具強(qiáng)度也足夠,但由于軸向力過大，夾具變形相對(duì)較大，為此,在增加了橫向支撐板，重新分析后，結(jié)果表明變形減小。

模態(tài)分析結(jié)果表明，夾具工件系統(tǒng)剛度足夠。為提高系統(tǒng)剛度，提出了在夾具系統(tǒng)模態(tài)變形較大處進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方案。

伯特利數(shù)控是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省東莞市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！

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易變形薄壁零件的CNC加工中心夾具設(shè)計(jì)與靜動(dòng)態(tài)分析

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