夾具靜動態誤差的綜合分析

趙尊立

摘 要：在夾具設計過程中，如何提高裝夾系統的精度一直為人們所關注。本文提出了夾具綜合分析的方法，以一個典型夾具為例進行了靜態誤差與動態誤差綜合分析，通過系列具體分析計算，校驗和改進了夾具的設計。本文為夾具誤差分析提供了工程分析方法。

關鍵詞：夾具設計； 裝夾系統； 夾具誤差分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.227

0 引言

根據分類，目前將夾具所具有的誤差分為動態誤差和靜態誤差兩種。其中，由于刀具的磨損、溫度場的變化等因素引起的誤差叫做動態誤差。而因為機床等定位方式引起的誤差稱為靜態誤差。在傳統夾具中，對于其進行的精度分析不夠全面，具有一定的局限性，具體表現在只是對于這種夾具的動態誤差或者靜態誤差中的一方面進行分析，但是現實中需要綜合考慮這兩種誤差。本文旨在提出一種分析計算方法，結合靜態誤差與動態誤差提出對加工精度影響較大的因素。通過這些能夠分析出相應的結果，利用這些將對夾具的調整、定位、夾緊等方面提供進一步幫助。

1 相關誤差的理論分析

零件在加工后所具有的形狀、尺寸、位置等幾何參數和設定的理想參數的相符程度稱為加工精度，而其中實際與理想設定之間的偏差被稱為加工誤差。加工誤差是加工精度中重要的評價指標。

在實際加工過程中，影響加工精度的因素有很多方面，但是通過對每一種影響因素分別分析、優化太過于繁瑣，所以，利用模擬分析并分別計算出各種因素對于精度的影響，從而找出對于加工精度影響的最關鍵的因素。一旦出現加工精度沒有達到設定要求時，利用這一計算分析的過程，就能夠針對于初始設計的結構進行是否需要重新設計的判斷，或者作出調整其他例如力、環境等動態因素的選擇，從而達到提高精度的目的。以上，我們可以看出，這種模擬分析的適當運用是具有事半功倍的作用。

現以是否夾緊為標定，對于加工前具有的初始狀態的誤差定義為靜態誤差；加緊后以及在加工過程中由于工藝而引起的的誤差定義為動態誤差，考慮的誤差用以下列公式進行表示：

現在選擇某葉片廠所用的一套鉆中心孔夾具，應用上述靜態誤差與動態誤差理論進行分析。對夾具和葉片進行三維建模。

定位方式：對葉冠處的規則表面進行定位；夾緊方式：將葉冠定位處夾緊，同時在靠葉根處用4個頂尖頂緊，這是為防止葉片過長而造成過大的形變。現在針對于鉆孔精度進行分析，只針對于在XOY平面中存在的誤差進行分析，也就是只分析對于孔位置精度產生影響的各因素。之所以排除Z方向，這是因為在加工過程中，Z方向上造成的誤差較小，同時夾具中沒有得到精確的定位，這里不做分析。

2 靜態誤差分析

此處選取夾具誤差、工件裝夾誤差和原理誤差三項因素進行分析，因為這三項因素易于修正，而其它三項因其修正工作量大和難于實現這里暫先不予考慮。1夾具所具有的誤差（），這里選擇的是在夾具制造在過程中所帶有的原始誤差。鉆套孔中所具有的制造誤差表示為 ，誤差方向為半徑任意方向。其次，定位件在底板上的安裝，其安裝孔有制造誤差為X向0.025，Y向 0.01。

3 動態誤差分析

3.1 夾具系統受力變形帶來的誤差

在這項誤差分析中，主要針對于在夾帶組裝過程中出現的變形，也就是因為夾緊后所表現出的力使的定位原件產生的形變，在這項分析中，利用有限元分析的方法進行分析模擬。

由分析可以得到定位元件在X、Y兩個方向的形變分別為、

3.2 由于受力變形造成的誤差

利用網格對于加工葉片進行劃分，之后將底面進行固定約束，只在上端的頂部有三個自由度分別為手動限制水平方向的一個轉動自由度與兩個可移動的自由度，同時在頂端的加工孔的位置存在有兩個力，分別為縱向力、回轉扭轉力。工件本身處于受力狀態時在X、Y兩個方向上時，表現出的位移分別為0.01665、0.0145。

3.3 由于熱變形造成的誤差

在不同的分析模塊中，溫度因素表現出不同的因素。溫度因素在UG的[NLSCSH 153]熱分析模塊中是為約束因素中的一種，而在[SETATIC 101-單約束]靜力學分析中是以一種熱載荷的影響因素參與計算的。但是溫度在這些分析模塊中的本質是相通的，在本文中的方法是將溫度作為熱載荷的類型進行計算的。

由此可得：在本夾具系統中，工件本身在各上方向相對均勻，僅僅是因為在熱脹中產生了細微的影響，所以由于加工造成的溫度變化而對于加工精度造成的影響可以忽略不計。

4 綜合分析與修改方案

加工誤差是評價加工精度的指標。由于不穩定性，其中如果一個定位部件的位置發生了細微的變化，就會對于工件位置、方位等造成相對復雜的影響。通過與理想設計的狀態進行對比，可以發現定位誤差對于工件位置的不同是由于改變定位基準而造成的。通過確定出定位基準的變化規律，就能夠確認出在加工工件的表面上每一點所可能表現出的位置變化。所以通過對于這些誤差進行分析估算，得出的結果就能夠對于夾具進行改良設計。

通過以上的模擬分析出的到的結果，將不同的誤差進行綜合考慮后進行的夾具改良的設計方案是可行的，并由此提出修改意見。改進可以從靜態與動態兩個角度出發，靜態方面建議提高下端定位裝置的安裝精度；動態方面，通過加強X向定位板的強度，改進結構以提高精度方面有一定空間。

5 小結

本文旨在提出一種對于夾具模型全面的分析方法，通過利用UG內部的高級仿真模擬的功能，分析、設計出偏差更小的夾具模型。同時，通過這種分析思路、方法的提出，可以對于讀者更多的啟發，從而在今后對于夾具的精度進行分析過程中有更大的幫助。

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