精密薄壁零件装夹变形的分析与控制研究

摘要

在航空航天领域有许多精密薄壁零件，它们的结构复杂、加工精度要求高。由于精密薄壁零件刚性差，在切削力的作用下容易产生较大的让刀变形，在过大的夹紧力作用下又易产生较大的装夹变形，用传统的装夹方法难以保证其加工精度要求。本文旨在研究航空航天精密薄壁零件加工中的装夹变形问题，具体研究内容如下： 首先，提出了针对航空精密薄壁零件装夹方案设计的原则；在理论上分析了各种装夹方法和切削参数对精密薄壁零件变形的影响；并利用提出的原则，考虑各种影响，对精密薄壁零件的三种结构的装夹方案设计进行了分析和设计； 其次，对精密薄壁零件装夹变形的分析作了研究，提出使用有限元方法作为分析和计算变形的方法。提出将精密薄壁零件的装夹变形按重要性划分为主要和次要变形，便于分析和研究。对有限元方法使用中的关键技术进行了阐述，且进行了实例应用； 再次，基于有限元方法分析精密薄壁零件的装夹变形，提出两种控制装夹变形的方法：一是使用子问题优化方法对装夹方案中的装夹位置进行了优化，以得到各装夹位置点的最优匹配，从而减小装夹变形；二是使用变夹紧力相关曲线夹持工件，并求解出了典型零件在典型装夹方案下的变夹紧力相关曲线。两种控制装夹变形的方法都进行了实例验证； 最后，使用VB程序软件尝试开发了精密薄壁零件变形分析原型系统，系统主要包括功能有：相关参数的输入、专有APDL程序的生成、ANSYS软件的调用、变形结果的图形仿真等。