基于NX Nastran的缸体加工中心夹具夹紧杆的疲劳分析与优化设计
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发动机缸体粗加工数控加工中心的夹具分为上料夹具和工装夹具2大类，按照加工工艺要求，粗加工需完成粗铣缸体各端面3 mm、缸孔2.5 mm和精铰定位销孔，加工余量大，工件受切削作用力大。而工件在工装夹具上均以毛坯粗基准面为定位基准，各夹紧点也均为毛坯面，这些都对工件的工装夹具提出更高的要求。
加工中心的各类夹具中，粗加工工装夹具复杂，各夹紧元件受力状况。图1为缸体一期粗加工op30数控加工中心的工装夹具结构。
缸体粗加工数控加工中心由德国的mag公司设计，主要用于粗铣缸盖、油底壳、机油泵前端盖以及变速箱的安装面，粗镗缸孔和钻铰半精、精加工定位销孔。当工件由上料夹具翻转至工装夹具上后，z方向由夹具z向夹爪和z向夹紧杆将工件的z向粗基准面瓦、尽贴合至夹具z向定位面；7方向由夹具主夹紧杆将工件的f向粗基准面^、认贴合至夹具f向定位面;z方向由夹具z向夹爪将工件的z向粗基准面f贴合至夹具z向定位面;后r/z辅助夹紧杆压紧工件提高整个缸体的刚度，如图2和图3所示。
1缺陷分析
在z方向，通过作用在毛坯水堵孔的夹紧杆将工件粗基准面瓦压紧到工装夹具左z向定位面，当用铰刀加工缸孔时，工件受z方向较大的进给力k作用，如图4所示。该力传递到夹具上由z向夹紧杆、z向夹爪、各主夹紧杆和f/z辅助夹紧杆承受。
传统设计的z向夹紧杆由2个部分组成：夹紧头和连接杆。给液压缸提供4.5 mpa液压油时，液压缸活塞向上运动。在垂直于活塞内腔与连接杆球头接触的斜面上，连接杆受斜面法向压力八作用绕球铰链旋转，使夹紧头压紧缸体水堵孔，此时夹紧头受缸体反作用力f/作用，如图5所示。
由于夹紧头与连接杆采用螺纹连接，夹紧头螺
杆根部和连接杆安装夹紧头沉孔直角处存在应力集中。当采用大进给量镗削缸孔时，连接杆在直角处受脉动循环应力的作用发生裂纹萌生、扩展以及断裂，如图6所示。在生产过程中，夹紧杆的断裂会导致加工中心闷车、断刀、工件频繁夹紧不合格和因缸孔震纹而报废，严重影响整线的生产和缸体的加工质量，是缸体生产线的瓶颈工位。因此需要对夹紧杆结构进行优化，提高设备运行的稳定性以及生产效率，提高缸体的加工质量。
备注：为保证文章的完整度，本文核心内容都pdf格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试！
结束语：
通过以上分析，在对夹具夹紧构件的设计中，不仅需要考虑静强度是否满足工件的强度和寿命的要求，还需进行抗疲劳计算。利用ugnastran等分析软件进行疲劳分析，在虚拟技术的基础上对工件进行基于疲劳寿命的优化设计，大幅度减少设备的维护成本、设备停机时间和工件因加工质量不合格的报废率，提高经济效益，为类似设备使用过程中频繁变形、断裂失效的原因分析、结构优化和疲劳寿命评估提供参考。
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1缺陷分析
在z方向，通过作用在毛坯水堵孔的夹紧杆将工件粗基准面瓦压紧到工装夹具左z向定位面，当用铰刀加工缸孔时，工件受z方向较大的进给力k作用，如图4所示。该力传递到夹具上由z向夹紧杆、z向夹爪、各主夹紧杆和f/z辅助夹紧杆承受。
传统设计的z向夹紧杆由2个部分组成：夹紧头和连接杆。给液压缸提供4.5 mpa液压油时，液压缸活塞向上运动。在垂直于活塞内腔与连接杆球头接触的斜面上，连接杆受斜面法向压力八作用绕球铰链旋转，使夹紧头压紧缸体水堵孔，此时夹紧头受缸体反作用力f/作用，如图5所示。
由于夹紧头与连接杆采用螺纹连接，夹紧头螺
杆根部和连接杆安装夹紧头沉孔直角处存在应力集中。当采用大进给量镗削缸孔时，连接杆在直角处受脉动循环应力的作用发生裂纹萌生、扩展以及断裂，如图6所示。在生产过程中，夹紧杆的断裂会导致加工中心闷车、断刀、工件频繁夹紧不合格和因缸孔震纹而报废，严重影响整线的生产和缸体的加工质量，是缸体生产线的瓶颈工位。因此需要对夹紧杆结构进行优化，提高设备运行的稳定性以及生产效率，提高缸体的加工质量。
备注：为保证文章的完整度，本文核心内容都pdf格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试！
结束语：
通过以上分析，在对夹具夹紧构件的设计中，不仅需要考虑静强度是否满足工件的强度和寿命的要求，还需进行抗疲劳计算。利用ugnastran等分析软件进行疲劳分析，在虚拟技术的基础上对工件进行基于疲劳寿命的优化设计，大幅度减少设备的维护成本、设备停机时间和工件因加工质量不合格的报废率，提高经济效益，为类似设备使用过程中频繁变形、断裂失效的原因分析、结构优化和疲劳寿命评估提供参考。
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