外文翻译,夹具设计完整性验证和优化的有限元分析工具的开发.doc
大红鹰HX-40型变速箱机械加工工艺规程及钻孔装置设计(带CAD图）
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宁波大红鹰学院 毕业设计（论文）外文翻译 所在学院： 机械与电气工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12机自3班 姓 名： 佟贺 学 号： 1221080334 指导教师： 赵伟敏 2015 年 11 月 15 日译文：夹具设计的完整性有限元分析工具的开发验证和优化尼古拉斯阿马拉尔约瑟夫J. Rencis一鸣（凯文）蓉摘要：在加工操作过程中，加工夹具被用来定位和约束工件。为确保制造的工件达到规定的尺寸和公差的要求，必须适当地定位并夹紧。工件和夹具模具变形的最小量是由夹紧和切削力影响的是提升加工精度的关键。一个理想的夹具设计最大限度地提高定位精度和工件的稳定性，同时最大限度地减少工件的位移。本研究的目的是开发一种方法来模拟工件在一个加工过程中的边界条件和施加的载荷，使用有限元分析对模块化的夹具工具接触区域的变形和支持位置的优化进行分析。工件的边界条件被定义为定位器和夹子。定位器被放置在一个3-2-1夹具，使用线性弹簧间隙元素建模约束工件所有的自由度。被模拟为点载荷的夹具。工件被装载到模型中模拟操作钻铣加工的切削力。对夹具设计的完整性进行验证。ANSYS参数设计语言代码用于开发一种算法自动优化夹具支架和夹具的位置以及夹紧力，以尽量减少工件变形，最后增加加工精度。通过在计算机环境辅助夹具设计实现有限元分析，不必要进行不经济的有“试验和误差”的车间试验。关键词：FEA、有限元分析、夹具优化1引言加工夹具用于定位和在机床加工操作过程中限制一个工件。以确保该工件是根据指定的尺寸和公差制造，因此必须进行适当的定位和夹紧。生产质量在很大程度上取决于工件和机床的相对位置。尽量减少工件和夹具加工变形，由于夹紧力和切削力是加工中是非常重要的加工参数。加工过程中工件变形直接关系到工件夹具系统的刚度。一个理想的夹具设计应该最大化定位精度，工件稳定性和刚度，同时最大限度地减少位移。传统的夹具设计试验和试误是耗时耗力的。研究柔性夹具和计算机辅助夹具设计（CAFD）已显著降低生产交货时间和成本。本研究的目的是开发一种计算机辅助工具来模拟工件的边界条件和施加的载荷在加工。大多数的有限元分析（FEA）在夹具设计中进行的研究认为工件的边界条件是刚性的，并施加的载荷比较集中。在只有摩擦的情况下，假定刚性库仑摩擦力。不考虑切削工具的扭矩导致工件旋转的趋势。夹紧力被认为是恒定点载荷。该研究认识到工件的边界条件变形而影响工件的夹具系统的整体刚度。工件，定位器的边界条件，模拟为多个并行的弹簧连接至加工工件时夹具接触区域的工件的表面。另外，边界条件的切向和法向刚度组件不假定等于作为刚性库仑摩擦，但是各自独立分配。由于进刀的考虑，在应用负载代表了机械加工，扭矩，轴向和横向载荷。深入探讨本文工作可以在阿马拉尔 1 。在这项研究中,在ANSYS进行有限元分析和优化。在分析中，工件被导入初始图形交换标准（IGES）格式。材料特性，单元类型，和实常数的定义。工件啮合和边界条件和载荷的应用。然后对模型求解及结果中检索参量，和支撑位置，夹紧位置和夹紧力优化，以尽量减少工件偏转1。本文所开发的方法的优点是，不需要外部的软件包进行优化，从而两个程序包之间的兼容性没有问题。2文献综述对夹具设计和上述的有限元分析夹具设计的研究得原则进行了讨论。尽管一些夹具设计的研究已经在进行，尚未开发出准确反映综合性的实际边界条件和载荷有限元模型。表1和表2总结了进行有限元分析和夹具设计研究的先河。表1。工件模型文献调查参考类型材料E(PA)工件模型 V 单元类型李和海恩斯2均匀各向同性线性弹性6.91080.3U/A*3-D实体8节点砖Pong等。3铝合金各向同性的线弹性6.910100.3U/A3-D实体10节点四面体;ANSYS SOLID92Trappey等。 5铝合金各向同性的线弹性6.910100.30.3U/A蔡等。钢材各向同性的线弹性2.110110.3U/A二维四结点矩形单元；MSC NASTRAN QUAD4Kashyap和DeVries7铝合金各向同性的线弹性6.910100.3U/A3-D实体四面体单元*U/A:/不可用表2。边界条件和荷载的文献综述参考夹具元件模型稳态负荷模型定位器夹具钻孔铣削李和海恩斯2刚性区域约束，刚性库仑摩擦U/A*U/A正常和剪切点载荷Pong等。3三维弹簧间隙接口单元，刚性库仑摩擦N/A*正常点载荷N/ATrappey等。 5三维实体变形约束点荷载正常点载荷正常和剪切点载荷蔡等。刚性点约束N/A正常点载荷正常和剪切点载荷Kashyap和DeVries7刚性点约束点荷载正常点载荷正常和剪切点载荷*U/A:不可用；*N/A:不适用。李和海恩斯2采用有限元分析以减少工件变形。他们的建模线性弹性的工件，但工装夹具蓝本为刚性。他们的目标函数包括通过夹紧和机加工力，在工件上施加最大应力，使变形指数最大化。他们的研究认为，夹具元件的必要数目和夹紧力的大小对于部分变形的重要性3。Manassa和DeVries医师4进行了类似的研究，认为李和海恩斯2在线弹性弹簧模拟夹具的元件。庞等使用的弹性间隙刚度原理，运用分离和摩擦的功能来模拟弹性工件边界条件。有限元法分析工件加工时的应力-应变行为和夹紧力的应用。一个数学优化模型制定了一个可行的夹具配置，以尽量减少工件变形。蔡等。 6 利用有限元法分析金属板料变形和优化支撑的位置，以减少由此产生的位移。Kashyap和DeVries 7 利用有限元分析模拟的工件和夹具及刀具变形，并开发了优化算法考虑和支持工具的位置为设计变量，在选择结点时以尽量减少变形。对有限元分析及工装夹具设计优化研究的总结如表3所示，大多数的有限元分析和夹具优化设计的研究，产生和发展了一种数学算法。傍等。 3用椭球体的方法来优化支承的位置，并尽量减少节点的偏转。Trappey等。 5使用了外部软件包，吉诺8，优化了支撑位置和夹紧力。Cai 6 在一个软件包的基础上使用外部FORTRAN 序列二次规划算法，VMCON，完成N个-2-1的支撑位置的准牛顿非线性约束优化，以尽量减少金属片变形Kashyap和DeVries 7 开发和优化了一种离散数学算法。表3。最优化分析文献综述参考优化分析方法目标函数软件包Pong等。3椭球算法节点变形N/A*Trappey等。 5非线性数学算法节点变形GINO8蔡等。序列二次规划算法薄板表面的节点挠度VMCON9Kashyap和DeVries7离散数学算法节点变形N/A*N/A:不适用图1。夹具设计分析方法论3夹具的设计分析方法图1中的流程图是对这项工作中制定和使用的夹具设计分析方法的总结。总之，工件从IGES几何实体造型为突破口，工件模型进行网格划分，施加边界条件，模型加载，加工操作，模型求解，然后边界条件进行优化，以尽量减少工件变形。3.1工件模型工件模型是分析的出发点。这项研究目前限制了固体工件的几何形状与平面表面的定位。一些工件的几何形状可能包含薄壁和非平面的定位面，这是在这项研究中不考虑的。工件的几何模型，在Pro/E或其他实体建模软件创建的IGES格式输出线框和表面分析。IGES是一个中性的标准格式，用于CAD CAM CAE系统之间交换格式。ANSYS提供了两种导入IGES文件，DEFAULT和ALTERNATE。默认选项允许文件转换，无需用户干预。转换包括自动合并和创建卷来制备相啮合的型号。备用选项使用标准的ANSYS几何数据库，并提供了一种用于与先前的ANSYS导入选项向后来发布版本的兼容性。备用选项自动创建卷和模式，通过这个转换器需要手动输入修复通过PREP7的几何工具。要选择导入IGES文件的选项，IOPTN使用。请参阅附录A中1进行了详细的实施说明。表4。工件和定位器材料性能材料E(PA)(kg/m3)vy(PA)工件AISI 12122.0101178610.2952.3108定位器AISI 11442.0101178610.2956.7108材料特性 - 在本研究中的工件材料是均匀的，各向同性的，线性弹性和韧性;这是与大多数的金属工件的材料特性相一致。所选择的材料是SAE / AISI1212易切削级（一个）碳钢与杨氏模量，E =30106磅泊松比，=0.295，和密度，=0.283磅/立方英寸，以及硬度为175 HB。这项研究中选定使用SAE1212钢，因为它是常用机械加工并且是一个基准材料，可以通过简单地在ANSYS改变各向同性的材料属性被用于对任何材料的工件。表4列出了本研究中用于工件和定位器中选择的材料的性能。3.2网状工件模型点六面体元件（SOLID45），在每个节点三个自由度，和线性位移行为被选择为网格工件。SOLID45用于固体结构的三维造型。在节点X，Y和Z方向的平移：该元件是由具有三个自由度，每个节点8个节点。所述SOLID45元件退化为有三度每节点自由的4节点四面体的配置。四面体的配置更适合啮合的非棱柱几何形状，但比所述六角构造不太准确。ANSYS建议该网格的被包含在四面体结构SOLID45元素不超过10。对于元素类型选择过程的详细说明，请参阅1。3.3约束条件定位器和夹具确定工件模型的约束条件。该定位器可以模拟为点或接触面积和夹具建为指向力。定位器点接触。最简单的边界条件是在单个节点上的一个点的约束。本地坐标系统（LCS），从全局坐标系原点参考，在每个定位器接触区域的中心创建的，以使得z轴垂直于工件定位表面。最靠近本地的中心坐标系原点的节点被选中并且所有三个平移自由度（UX，UY和UZ）的被约束。点约束模型刚性定位具有无穷小的接触区域。模型定位刚度和摩擦的接触点，三维接口弹簧隙元件被放置在局部坐标系的中心。该元件被连接到现有节点上的工件的表面上，并以一个完全约束复制节点从工件表面在局部坐标系中，即，垂直于表面的z方向上的偏移。图2是用来表示一线状弹性定位器的CONTAC52元件的模型。区域接触。要模拟一个接触区域的刚性定位器，多个节点固定在接触区域内。LCS是造成工件表面的接触面积的中心定位。一个圆形的接触面积，圆柱LCS创建节点在0rRL中选择。对于矩形的接触面积，笛卡尔LCS被创建和节点，在0XxL和0YYL中选择。所有这三个平移度（UX，UY，和UZ）每个节点的自由度的约束。假定该模型为刚性约束，然而现实中的定位是弹性。一个更准确的表示的弹性定位器由多个并联的ANSYS contac52元素。节点被选定在定位接触区域内，并被复制到垂直于定位面上的偏移量。每个所选节点依次用CONTAC52元件连接到拷贝节点。图3示出了具有用于表示线性弹性定位器在并行的多个弹簧元件间隙的接触面积的模式。值得注意的是，该用户是当把contac52元素受限于节点数指定的接触区域内。有可能是因为在接触区域内相关联节点的数目不同的元素数目建模的每个定位器。因此，该元件正常和切向刚度，它是在实常数指定区域变化。为此，多实常数设置必须为contac52元素创建，并在分配相应的创造元素时指定的本地坐标系统。在图4中，所示的方法获得的正常和切向刚度的定位器。=静摩擦系数，KN=总正态刚度，KS=定位器的切向刚度。图2。contac52元用于定位器 10 模型点接触图3。contac52平行元素的接触面积，locators for used to模型 10 i=有序单元数；N=单元总数；=静摩擦系数；KN=总正态刚度；KNi=KN/N；KS=定位器的切向刚度；KSi=KS/N。图4，正常和切向刚度定位器弹簧的总数量除以弹簧的刚度，在实际固定的集合中，每个弹簧间隙单元都有相应的刚度。一个点的负载被施加到三维有限元模型的定位器，正常的接触面积，以确定正常的刚度。点载荷是指实际定位器的接触面积，以确定该定位器的切线或“粘着”刚度。的刚度值，然后分配给contac52元素。夹具-夹具是用来完全约束工件的位置。通常使用多个夹持力和夹紧力，每一个钳的位置是固定不变。夹紧力，通过切换机制或螺栓机制的应用，从而降低接触到工件。虽然摩擦夹紧同样重要，它不是由于ANSYS建模的局限性夹具的接触面积。为了模拟摩擦，一个全面的三维模型的整个工件夹具系统是必需的，在夹具工件接触区域的接触和目标的表面定义。夹紧力建模在ANSYS作为点荷载对节点选择矩形区域内一肘节夹带或圆形区域在工件表面。这两个夹子也可以模拟一个单一的点载荷在夹紧接触区域的中心。3.4装载对加工、铣削和钻削加工进行了讨论。本研究的目的是不准确地模拟加工过程，但要应用的转矩和力，通过工件在加工过程中，以确定在工件的约束条件的反应。所需的负载模型的结果是从所施加的转矩的切削刀具的旋转和平移的趋势，由于轴向进给的工件和在横向运动铣削的刀具表面。钻孔 - 在钻削作业的力包括一个扭矩，T，以产生工具旋转，剪切力，V，由刀具旋转时为排屑切削刃接触产生的，并且轴向载荷，P，用于输送。在钻孔的力和时间和振荡由于刀具旋转和位置相关，由于工具的切刃不是在特定位置处与工件恒定接触。工具进入时的切削力单调增大，然后接近稳定状态。切削力的波动是由于旋转过程中刀具齿分布。在这项研究中，因为最初的工具项不考虑，传输的扭矩和推力稳态加载应用。在以前的有限元分析夹具设计研究，荷载也应用了稳定状态。也忽略了被刀具扭矩，并随后将工件挠度到旋转与夹具的方法。由于ANSYS的限制，第一次尝试使用了一些应用的关键点集中荷载的分布式负载模型没能成功。该模型由放置在工件的加工表面上产生一个本地坐标系统上的关键点。关键点位于精确的R，和Z在刀具周边位置。在每一个关键点力量应用到模拟钻孔作业。转矩是仿照与切向力与切割工具的接触面积的外半径。切向力偶分解成全局X和Y分量。轴向负荷建模应用力在全球Z方向的每个关键点。这个模型失败的原因是，在工件表面上创建的关键点是几何实体，而不是有限元网格的一部分，即关键点是不节点。由于这个限制在ANSYS，点负荷模型进行了修改，对工件表面存在的节点上施加荷载。注意，节点i从切削工具周长稍微偏移。因为节点可以不是在由R，Z，本地坐标系中最接近该位置的节点，在局部坐标系统选择作为全局X，Y，Z元件的负载点。用户可以将距离指定的坐标位置和现有节点之间增加网格密度。节点的选择是相当区间靠近刀具的周长。在每选择一个节点，全局有一对X和Y分量的切向力，FTI和轴向载荷分量，FCI应用。施加力矩是相等的切向力乘以刀具半径的总和，R. ftix和ftiy是全局性的x和y分量，分别是切向力与FTI。FCI等于总的轴向载荷，FC，除以节点数超过它的应用。图5。钻井负荷模型一个简化的模型需要使用一个单一点的力模拟工件表面的切削刀具的轴向载荷和一对耦合的扭矩应用模型。进行了进一步的研究，以确定沿着所述切削工具周长施加多个点力来模拟是否实际需要轴向载荷和评估简化模型的有效性。铣削加工时，铣削操作中的载荷包括一个轴向载荷，一个横向载荷，由于工件的直线进给，产生切割，这是通过工件，在刀具旋转区域的剪切力及转矩。图6为端铣加载模型。端铣模型与钻孔模式是相同的，横向的负载增加。因为分析的目的是确定的最大位移和等效应力不考虑在工件的操作和工具输入的时候，只解决平均稳态负载量。在这项研究中，切削力被施加作为稳态载荷。在以往的有限元分析研究中，忽略了铣削力建模为稳态单点载荷和扭矩。由于进料的轴向载荷可以作为多点载荷的切削刀具或作为一个单点负载。横向载荷，FTRI，作为切削刀具的中心单点载荷。图6。铣削负荷模型4夹具设计优化为了最大限度地减少工件变形和最大限度地定位精度，边界条件（支撑位置和夹紧位置，夹紧力大小）的模型进行了优化。优化的目的是通过最大限度地减少工件变形到最大限度的加工精度。定位器满足两个功能要求：（1）定位和稳定的工件，和（2）作为支持减少工件变形。优化分析与设计参数满足单一的功能需求，对定位在工件表面的位置。在ANSYS 5.6.2执行优化分析。ANSYS程序提供了两种优化方法以适应广泛的优化问题。子问题的近似方法是一种先进的零阶方法，可以有效地应用于实际工程。一阶方法是基于设计灵敏度，更适合需要高精度的问题。为零阶和一阶方法，程序执行一系列分析评估修正周期。也就是说，对初始设计进行分析，结果是对指定的设计标准进行评估，并在必要时修改设计。这个过程是重复的，直到所有指定的标准都满足。除了两个优化方法，ANSYS程序提供了一系列的战略工具，可以用来提高设计过程的效率。例如，可以执行一些随机设计迭代。从随机设计计算的初始数据点可以作为起始点，以优化上面提到的优化方法。设计变量，状态变量，和目标函数被称为优化变量。在ANSYS优化，这些变量被称为参数，用户命名的变量来表示。用户必须识别模型中的参数是设计变量（DVS），这是状态变量（SV）上，并且其是目标函数。分析文件是一个ANSYS输入文件包含一个完整的序列分析（预处理，解决方案，及后处理）。它必须包含一个参数定义的模型，使用参数来代表所有的输入和输出，可作为DVS，SVS，和目标函数。循环文件驻留在工作目录中，并使用该控制文件构建模型。控制文件初始化设计变量，定义了可行的设计空间，优化分析方法，和循环控制，并执行优化分析（Looman D，ANSYS公司的技术支持中心，2001，个人通信）。一个循环是一个分析周期。最后一环进行输出保存在文件jobname.opo。优化迭代是一个或多个分析回路，这将导致一个新的设计集。通常情况下，一个相当于一个循环迭代。然而，对于一阶方法，一个迭代表示一个以上的循环。优化数据库包含当前的优化环境，其中包括优化变量的定义，参数，所有优化规格，和积累的设计集。这个数据库可以保存到jobname.opt或恢复在任何时间优化 10 。DVS是独立和多种多样的，为了达到最佳的设计。上限和下限被指定为“约束”的设计变量。在优化的设计变量是定位器和钳位，夹紧力。SVS是制约设计量。它们也被称为“因变量”，即设计变量的函数。一个状态变量可以有一个最大和最小限度，或者它可能是“单面”，只具有一个限制。状态变量是米塞斯有效应力。目标函数是你试图最小化的因变量。它应该是一个DVS，即功能，改变的DVS值应该改变目标函数的值。所述目标函数是在模型中的最大合力位移。表5列出了所有在本研究中使用的优化变量。设计组只是一组特定的模型配置的参数值。通常情况下，设计集是优化变量的值，但是，所有的模型参数，包括那些不确定为优化变量，都包括在设置的特征。一个可行的设计是一个满足所有给定的约束条件下对SVS以及DVS约束。如果任何一个约束是不满意的，则该设计被认为是不可行的。最佳的设计是满足所有约束条件，并产生一个最小的目标函数值。如果所有的设计集是不可行的，最好有一个设计集是最接近可行的设计集，不论其目标函数值 10 。表5。优化变量设计变量位置定位器定位器1（X1，Y1，Z1）定位器2（X2，Y2，Z2）定位器3 (X3, Y3, Z3)定位器4（X4、Y4-，Z4）定位器5(X5, Y5, Z5)定位器6（y6，X6，Z6）夹具位置夹具1（X1，Y1，Z1）夹具2（X2，Y2，Z2）夹紧力大小夹具1（fcl1）夹具2（FcL2）状态变量VonMises等效应力(VONMISES)目标函数最大位移（DMAX）因为有一个有限数量的位置，其中的模块化工具可以固定在底板上，优化算法是离散的。也有在定位元件和夹紧元件的几何约束。例如，虽然它是理想的位置的主要参考平面支持在加工过程中的应用负载下直接支持，因为力将直接通过，支持和弯曲力矩将是零，这是不切实际的，在某些情况下，如在钻通孔，因为支持的干扰。对于最大工件的稳定性和定位精度，应尽可能放置在主基准面上的支架。然而，要尽量减少工件变形，支架应放置尽可能靠近主表面的载荷。支撑位置优化工件变形最小，定位精度最高。定位精度，工件的稳定性，和工件变形的支持位置，并有助于整体夹具刚度和随后的加工精度 3 。5 ANSYS优化研究图1所示的样本优化分析。 7进行展示ANSYS的参数化设计语言（APDL）批代码的有效性。在我在夹具设计分析方法部分提到，优化分析是通过优化的支持位置，夹紧位置，夹紧力的大小来减少工件的最大位移。相同的3-2-1夹具配置用于在加载研究工件，作为初始配置的优化分析。在加载研究中明确地描述了选择初始支持位置的算法。三个可行的设计集的优化分析。结果列于表6。设计组1为初始夹具配置。设计集2是优化配置，给出了有限的设计空间，如图7所示。设计集3是一个扩展的设计空间的优化配置。设计集2的优化分析的设计空间，如图7所示为一个虚线正方形。设计集3的优化分析的设计空间扩展到包括在每个参考平面上的整个表面。在每一个支撑位置的Von米塞斯应力与工件材料的屈服应力，AISI 1212钢，y = 58，015磅，确保材料不具有的塑性变形过程中的加工。米塞斯的压力被视为一个状态变量，是不允许超过工件材料的屈服强度。von米塞斯应力在二级和三级参考平面（seqv1定位器，seqv2，和seqv3）设计集由于其位置和夹紧力的大小之间的变化。注意在基准平面，von米塞斯应力（seqv4，seqv5，和seqv6）保持相对稳定，由于轴向力的大小是不变的。夹紧力设计从100磅的设计1。增加到设计2的249磅。设计3，它只增加了112磅。最大位移是后来减少了8.4%，从1.47103。（设计1）1.34 10 3（设计2）。在设计组3，优化的夹具配置并没有显着不同的初始配置。最大位移仅减少了0.75%，从1.47103 到1.46 10 3。图7aD.基准夹具设计配置的第三参考平面，B级参考平面，基准面C，D等距视图221块表6。ANSYS优化分析结果优化变量变量类型设计集1（可行）设计集2（可行）设计集3（可行）SEQV1SV1.51107 Pa1.51108 Pa2.24108 PaSEQV2SV6.39107 Pa1.16108 Pa7.21107 PaSEQV3SV3.50106 Pa2.94108 Pa2.05106 PaSEQV4SV1.56108 Pa1.89108 Pa1.81108 PaSEQV5SV1.71108 Pa1.43108 Pa1.70108 PaSEQV6SV3.34108 Pa3.25108 Pa3.09108 PaFCL1DV444.8 N1.107103 N498.2 NFCL2DV444.8 N1.107103 N498.2 NDMAXOBJ0.0373 mm0.0341 mm0.0370 mm设计2套，注意在基准平面定位（4，5，和6）被移动至更接近平面，以尽量减少偏转中心的定位器。在二级和三级参考面移动到减少挠度施加力矩的定位器。很明显，如果没有在夹具设计一些知识库，优化分析是没有意义的。必须提供初始夹具的配置。如果所有的支撑最初放置在全球坐标系统原点，如果，该优化分析将不会导致一种可行设计集。用户还必须指定设计空间，通过选择设计变量的取值范围。这是更合适的声明在每个参考平面上的整个表面作为可行的设计空间，但如果设计空间是有限的一个较小的范围内的值分析是更多的是时间和密度的比。6产业优化案例研究一个工业案例研究，以验证本研究开发的夹具设计分析方法。工件模型与德尔福汽车系统截取的简化铸铝制动钳。该模型被简化，以保护专有功能和尺寸。定位器被放置在一个3-2-1配置。三个定位器放置在主参考平面（一个在该卡钳的底部和两个在滑动轴衬孔的正下方）。两个定位器放置在次级基准面，这是在制动钳的侧，和一个定位器被放置在第三参考平面中，汽缸孔的正后方的汽缸的中心。配置示于图。 8.夹具直接放置在每个参考平面的定位器的对面，从而使夹紧力通过工件直接传递到定位器，而不会产生任何弯矩。因为第三参考平面垂直于施加负荷的方向，没有钳位电路相反的定位器。的制动钳模型参数和结果的清单列于表7表8列出在毫米的定位器和夹钳位置相对于全局坐标系原点。德尔福汽车系统提供的初始固定配置，夹紧力的大小，切削力和定位刚度值。该定位器为蓝本，在多个并行ANSYS CONTAC52弹簧间隙单元，连接到一个圆形的接触面积的制动卡钳指定装夹点。装载是一个典型的无趣操作。图8。简化制动钳模型表7。制动钳模型参数及结果元素类型4-node tetrahedral网格类型Free tetrahedral工件材料类型6061-T6 aluminium定位材料类型AISI 1144 steel定位法刚度1.75105 N/mm定位器的切向刚度1.75104 N/mm杨氏模量，E7.01010 Pa工件材料的屈服强度，Y1.7108 Pa泊松比，0.35静摩擦系数0.61推力，FC249.1 N扭矩，T18 865 NmmSEQV17.67105 PaSEQV25.95105 PaSEQV37.40105 PaSEQV41.31105 PaSEQV52.66105 PaSEQV64.11105 Pa夹紧力FCL1200 N夹紧力FCL2200 N夹紧力FCL3200 N夹紧力FCL4200 NDMAX0.0036 mm表8。优化制动钳定位器和钳位初始配置（毫米）优化配置（毫米）定位器XYZXYZ137.9517.00-89.5037.9517.00-89.50237.9517.0089.5037.9517.0089.503133.8548.000.00133.8548.000.00478.4217.51-76.0078.4217.51-76.005126.8417.51-76.00126.8417.51-76.0060.000.000.000.000.000.00夹具XYZXYZ137.95-10.00-89.5037.95-10.00-89.50237.95-10.0089.5037.95-10.0089.503141.8527.000.00141.8527.000.004102.6117.5176.00102.6117.5176.00优化实验图9。预加载制动钳产生位移（毫米）的轮廓图图。10.预加载制动钳von Mises应力（兆帕）等值线图在预加载的工件模型的最大合力位移是0.0032毫米，并稍微增大到0.0036毫米，在满载工件模型，从而显而易见的是，由于夹紧预加载是整个机加工操作，以所得到的位移作出重大贡献。附近的缸孔增大显著的位移，高达100，但不超过预加载的工件模型的最大合力位移。图9和10是所得位移和von Mises应力图，分别为预加载模型（夹紧负荷，无加工负荷）。图11和12是所得位移和von Mises应力图，分别为加载的模型。有应力集中在气缸膛的底部，如图所示。12，加工由于弯曲由推力产生的时刻期间。的最大von Mises应力发生在夹子3的接触面积，位于所述主参考平面相对的定位器3。优化分析进行验证在ANSYS中开发的优化工具。因为对于卡钳夹具配置进行了优化实验，优化分析的期望的结果是ANSYS将产生相同的夹具配置。正如预期的，支撑位置优化导致相同的夹具配置。然而，ANSYS进一步通过最小夹紧力的大小减小在工件的最大合力位移。夹紧力减少到100 N，随后降低了最大合力位移了31至0.0025毫米。冯米塞斯应力的支撑，这是位于夹子的对面，也显著减少在定位器6示于表9的冯米塞斯应力，SEQV6保持不变，因为定位器6不反应以夹紧力，而是施加的加工负载，即保持不变。图。11.加载制动钳合力位移（毫米）等值线图图。12.加载制动钳von Mises应力（兆帕）等值线图优化变量变量类型初始配置优化配置SEQV 1SV7.67105 Pa4.72105 PaSEQV 2SV5.95105 Pa1.98105 PaSEQV 3SV7.40105 Pa3.68105 PaSEQV 4SV1.31105 Pa0.68105 PaSEQV 5SV2.66105 Pa1.41105 PaSEQV 6SV4.11105 Pa4.11105 PaFCL 1DV200 N100 NFCL 2DV200 N100 NFCL 3DV200 N100 NFCL 4DV200 N100 NDMAXOBJ0.0036 mm0.0025 mm表9.优化的制动卡钳结果7结论在这项研究中的有限元模型的夹具固定工件的边界条件开发和应用用ANSYS5.6.2在加工负荷。相对于前述的有限元分析研究在夹具设计，在这项研究中，边界条件建模为两个区域和点约束被认为以确定一个点约束模型是否合适。只有傍等。3为蓝本的边界条件是弹性变形，但这项研究只考虑弹性点约束。他的研究没有指定弹性区域约束模型是否考虑。加工负荷的更准确的表现也被开发。在这项研究中建立的负荷模型包括扭矩，这是忽略了前面所有的研究。分布式和集中载荷被认为在本研究中，而在以往的研究所有的加工力量单点负载应用。因为模型的边界条件和负荷参数化应用，APDL代码可用于实体模型具有平面定位面和用户（1）定义的支撑位置，（2）夹持的位置，（3）的夹紧力的大小，（4）刀具位置，（5）的轴向载荷，（6）横向载荷，和（7）的转矩大小。下面具体分析结论是基于整个研究进行了研究实现：工件元素。该SOLID45，8节点砖元素，适合啮合棱柱形状。的SOLID45，4节点四面体元素不一样精确砖元素，但是适合非棱柱几何位移分析。定位模式。它是适当的定位器模型与单个弹性点约束为大型工件表面面积来定位器的接触面积比率。如果表面积对定位器的接触面积比小，必须使用利用ANSYS CONTAC52元件的多重弹簧隙元模型。负荷
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