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前言：

1 夾具箱體的設(shè)計(jì)與分析

夾具箱體是高精度加工中心重要的支撐部件，夾具箱的動(dòng)態(tài)性能對(duì)加工中心加工精度的影響不亞于主軸箱。文章通過(guò)利用Pro/MECHANICA軟件的有限元分析功能，對(duì)夾具箱體的設(shè)計(jì)原型進(jìn)行模態(tài)分析，并通過(guò)對(duì)夾具箱體結(jié)構(gòu)的結(jié)果分析并對(duì)原型進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了夾具箱體設(shè)計(jì)。

1.1夾具箱體的設(shè)計(jì)與分析

設(shè)計(jì)的夾具箱體的外形尺寸、厚度尺寸等均按照設(shè)計(jì)規(guī)范以及《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了避免夾具箱體剛度不夠，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)在薄弱區(qū)域增設(shè)加強(qiáng)筋板。在完成原型設(shè)計(jì)后，利用三維建模軟件_Pro/ENGINEER建立夾具箱體的初始化模型，并利用p_r0/MECHANICA進(jìn)行有限兀分析。模型如圖1所示。

1.2夬具箱體的模態(tài)分析

〔1)模態(tài)分析理論。加工中心中很多部件都需要進(jìn)行模態(tài)分析。夾具箱也需要通過(guò)模態(tài)分析來(lái)確認(rèn)設(shè)計(jì)方案的可行性。一個(gè)具有n自由度的系統(tǒng)在任一瞬間的運(yùn)動(dòng)的形態(tài)要用n個(gè)獨(dú)立的廣義坐標(biāo)系來(lái)描述，對(duì)于n自由度的無(wú)阻尼系統(tǒng)而言，它具有n階固有頻率。當(dāng)系統(tǒng)按任意一個(gè)固有頻率作自由振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)是一種同步運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為主振型，系統(tǒng)做主振型時(shí)所具有的振動(dòng)形態(tài)稱(chēng)為模態(tài)。機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題都是以模態(tài)理論為基礎(chǔ)的。

(1) 模態(tài)分析工具。Pro/ENGINEER軟件是廣泛應(yīng)用于3D建模的軟件。其文件格式被多個(gè)有限元軟件所采用。Pro/MECHANICA是該軟件公司針對(duì)機(jī)械有限元推出了軟件，可以方便對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。可以采用Pro/ENGINEER建立了夾具箱體的三維模型，利用Pro/MECHANICA對(duì)夾具箱體的模態(tài)進(jìn)行分析，其精度符合工程要求，并且避免了有限元軟件因模型格式問(wèn)題導(dǎo)致的不兼容問(wèn)題。

(2) 夾具箱體模態(tài)分析過(guò)程。利用Pro/MECHANICA軟件對(duì)夾具箱體的固有頻率進(jìn)行有限元法的分析，其流程如下。

幾何模型簡(jiǎn)化。夾具箱體外部設(shè)有倒了圓角的加強(qiáng)筋以增加剛度；為避免應(yīng)力集中夾具箱體尖角及各邊都進(jìn)行了倒角處理。在建立夾具箱體有限元模型時(shí)，對(duì)于應(yīng)力低的區(qū)域盡量去掉倒（圓）角，以避免因網(wǎng)格剖分產(chǎn)生畸形網(wǎng)格，影響計(jì)算精度。

定義材料屬性和約束。文章設(shè)計(jì)的夾具箱體材料為HT200。夾具箱體固定是通過(guò)螺栓與底座固定。在有限元模型中，通過(guò)約束螺栓與固定位置相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)各個(gè)自由度來(lái)建立模型的約束。

網(wǎng)格劃分。采用Pro/MECHANICA軟件中自帶的AUT0GEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格剖分圖如圖1所示。

夾具箱體模態(tài)分析結(jié)果。夾具箱動(dòng)力學(xué)分析的重點(diǎn)是低階固有振型頻率。通過(guò)分析得到了階固有頻率分別為 180Hz、213Hz、273Hz、287Hz、299Hz、331Hz、344Hz、405Hz、427Hz、447Hz,前4階固有振型圖如圖2所示。

2 床身的設(shè)計(jì)

焊接床身與鑄造床身相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①制造成本低，省去了模具費(fèi)用，且避免了鑄造缺陷等問(wèn)題；②提高了床身的固有頻率；③實(shí)現(xiàn)封閉的床身結(jié)構(gòu)；④可以通過(guò)增加筋板來(lái)實(shí)現(xiàn)小質(zhì)量大剛度的要求。

2.1床身的厚度的選擇

加工中心采用封閉截面式焊接床身，附以筋板提高剛度，其壁板的厚度可根據(jù)當(dāng)量尺寸C來(lái)選擇，當(dāng)量尺寸C Cm)由下式確定：

C= C2L+B+H) /3 ⑴

其中，L、B、H分別為床身的長(zhǎng)、寬、尚（m)，當(dāng)量尺寸表1所示。查的表得到最小厚度為16mm，通常情況下還要考慮受力和焊接工藝的要求適當(dāng)調(diào)整厚度。

2.2.床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

斜床身具有排屑方便，避免了切屑堆積在導(dǎo)軌上f致的床身受熱而產(chǎn)生變形；在分布上方便安裝自動(dòng)排肩裝置。床身設(shè)計(jì)成斜45°的封閉箱形，在設(shè)計(jì)時(shí)要具有一