■ 山東臨工工程機(jī)械有限公司 （臨沂 276023） 張連敬 莊緒陽(yáng)

裝夾變形誤差是影響薄壁零件加工精度的重要指標(biāo)，裝夾機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和夾緊力控制策略的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)降低薄壁零部件的加工誤差具有重要作用。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)夾緊力的選擇及夾緊穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究。根據(jù)夾緊力的三要素：作用點(diǎn)、大小和順序，通過(guò)有限元分析軟件對(duì)薄壁類零部件進(jìn)行變形分析并根據(jù)不同定位元件和夾緊點(diǎn)位置、夾緊力大小和順序，以及裝夾系統(tǒng)的剛性變形結(jié)果和趨勢(shì)，優(yōu)化夾緊工藝控制策略和加工工藝流程。

本文以主傳動(dòng)殼體（見(jiàn)圖1）加工為例，具體闡述在不同夾緊條件下的有限元變形分析，并對(duì)實(shí)際裝夾情況下出現(xiàn)的微變形進(jìn)行加工驗(yàn)證。

圖1 主傳動(dòng)殼體三維圖

1.夾緊順序?qū)ぜ冃蔚挠绊?/h2>

加工過(guò)程中工件的定位與夾緊是通過(guò)合理布置夾具元件（包括定位元件和夾緊元件）的位置、夾緊力大小及夾緊順序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，工件的裝夾過(guò)程總會(huì)導(dǎo)致不同程度的變形，20%～60%的加工誤差由裝夾引起。尤其是對(duì)于薄壁類零件，嚴(yán)重影響了工件的加工精度和表面粗糙度。在多重夾緊力的作用下，除了關(guān)注夾緊力的大小與位置外，夾緊力的作用順序控制也需要重點(diǎn)關(guān)注。因?yàn)椴煌膴A緊力施加順序會(huì)對(duì)工件裝夾后的剛性形成產(chǎn)生影響，造成工件的裝夾變形不可控。因此在優(yōu)化裝夾方案和減少工件變形的過(guò)程中，需要控制夾緊力施加順序?qū)ぜ冃蔚挠绊憽?/p>

2.裝夾系統(tǒng)剛性對(duì)工件變形的影響

裝夾系統(tǒng)是由工裝與工件組成的。故在工件的裝夾過(guò)程中，除了要考慮夾緊力三要素對(duì)工件變形的影響，也要考慮本工序的工件裝夾后的系統(tǒng)剛性問(wèn)題。系統(tǒng)剛性差導(dǎo)致工件在裝夾后的變形風(fēng)險(xiǎn)增加，工件變形的控制難度也增大。下面通過(guò)不同裝夾條件下主傳動(dòng)殼體應(yīng)力及變形的有限元分析來(lái)說(shuō)明。

由于主傳動(dòng)殼體作為驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)的關(guān)鍵件，需要保證右端面孔的位置相對(duì)于兩大孔的公共軸線處于相對(duì)正確的位置。故實(shí)際加工過(guò)程中，采用方案一的裝夾方式（見(jiàn)圖2a），同時(shí)加工右端面孔與兩大孔的傳統(tǒng)思路來(lái)保證孔的相對(duì)位置度。但通過(guò)有限元對(duì)方案一與方案二裝夾方式（見(jiàn)圖2b）的裝夾應(yīng)力及變形的結(jié)果和趨勢(shì)分析可知，方案一的變形趨勢(shì)大于方案二。造成這樣的結(jié)果的原因是：方案一由于需要加工右端面的孔，造成系統(tǒng)不封閉，裝夾過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力得不到很好的抵消，造成工件變形在系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)得以延伸；而方案二的裝夾系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)，對(duì)工件產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力能夠達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，增加了裝夾工藝系統(tǒng)的剛性，減少工件的夾緊變形。故通過(guò)合理匹配各工序的加工內(nèi)容、建立封閉的裝夾系統(tǒng)，可以進(jìn)一步改善薄壁類零部件的裝夾變形。

3.輔助支撐夾緊力對(duì)工件變形的影響

對(duì)薄壁零部件來(lái)說(shuō)，造成工件超差的因素很多，不僅包括裝夾變形，也包括加工過(guò)程中振動(dòng)造成的工件微變形。故為了減弱加工振動(dòng)造成的影響，需要通過(guò)增加輔助支撐力來(lái)增加被加工零部件的剛性。但輔助支撐夾緊力的大小控制的隨意性減弱了輔助支撐力的作用，導(dǎo)致加工過(guò)程中振動(dòng)對(duì)工件的尺寸精度和表面粗糙度影響并未得到有效的改善。

4.薄壁零部件裝夾變形的工藝控制

根據(jù)以上影響裝夾變形的因素分析，采用以下工藝方法控制可實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)殼體加工質(zhì)量的改善。

（1）優(yōu)化夾緊力及作用順序。通過(guò)有限元對(duì)主傳動(dòng)殼體夾緊力三要素的模擬分析，結(jié)合零件實(shí)際加工現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了4種夾緊力矩和4種作用順序的正交試驗(yàn)。工件裝夾方案夾緊順序示例如圖3所示，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化目前的夾緊方式。

由正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析可得，在10～13N·m力矩和夾緊順序?yàn)?-2-4-5-3的情況下，主傳動(dòng)殼體φ396H7孔的圓度誤差控制在0.03mm內(nèi)。

（2）多工序加工工藝流程。結(jié)合工件裝夾系統(tǒng)剛性對(duì)變形趨勢(shì)的影響分析，針對(duì)主傳動(dòng)殼體通過(guò)工序分散的方式優(yōu)化各工序內(nèi)容（見(jiàn)表2）、改造加工胎具，提升了裝夾系統(tǒng)的剛性，減弱了工件變形的趨勢(shì)。

（3）輔助夾緊力定量控制。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，以主傳動(dòng)殼體加工為例，通過(guò)實(shí)物加工的實(shí)踐驗(yàn)證，提出了一種根據(jù)主要夾緊力對(duì)工件變形量來(lái)控制輔助夾緊力大小的定量控制的工藝思路，改善薄壁零部件加工質(zhì)量?？刂扑悸啡鐖D4所示，具體應(yīng)用實(shí)例如圖5所示。

圖 2

圖3 工件裝夾方案夾緊順序

表1 不同夾緊力矩、順序條件下變形量對(duì)比 （單位：mm）

圖 4

表2 工藝流程及加工內(nèi)容優(yōu)化

圖5

5.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)薄壁類零部件（主傳動(dòng)殼體）裝夾力及裝夾系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析，以裝夾系統(tǒng)應(yīng)力分布及工件變形趨勢(shì)分析結(jié)果為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際加工應(yīng)用，優(yōu)化工件夾緊工藝控制方式及多工序加工工藝流程，增加了裝夾系統(tǒng)的剛性，減弱了裝夾變形風(fēng)險(xiǎn)，提高了工件加工質(zhì)量。同時(shí)探索了一種輔助夾緊力大小的定量控制工藝方法，為輔助支撐的可靠性控制提供了一種思路。