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基于ANSYS下的三维激光切割钣金件夹具支撑地位的优化设计

光阴>2019-05-20 来源:网络

 一、引言

  自21世纪60年月初激光问世以来,1969年就有人将其用于汽车工业,而跟着激光器及外围体系技术的赓续提高,激光的应用规模也在赓续地扩大。激光切割以其切割规模广、速率高、切缝窄、热影响区小和加工柔性好等优点而普遍应用于各种加工领域,是激光加工中睁开最为成熟的一种技术。在激光加工技术蓬勃睁开的本日,激光切割在现代汽车工业、激光加工综合技术和航空航天等领域有着普遍的应用,在我国几乎统统的制作行业中加蓄金加工,例如机床行业、纺机行业、食物机械、电器和仪器仪表等行业。比年来跟着全球经济的逐渐复苏和我国国民经济的飞速睁开,产业布局的调剂使得很多传统产业必要改革,很多钣金加工领域也有待开拓,这对三维激光切割钣金件的夹具设计也提出了新的请求。

  在三维激光切割加工过程中,因为无切削力,夹具上一样平常都没有夹紧机构,因此在三维激光切割加工过程中不必要夹紧力,工件的变形重要来自于在分歧支撑地位、分歧切割门路下的变形和切割过程中的热变形等。工件的这些变形将形成激光喷头不能垂直于待加工面,以致于切缝粗糙、不平整,甚至形成加工误差无法到达加工请求。在三维激光切割的加工过程中,若工件在自己重力路ㄏ定位不正当或不敷,则会形成工件发生翘曲变形,颠末三维激光切割后的工件也会随之发生形位误差。因此应该正当地确定工件在法向上的定位,以减小工件在自己重力路⑸的翘曲变形,从而减小由其引起的工件切割形状偏差和切口的相对地位偏差。所以在三维激光切割钣金件的夹具设计中,最重要的成就便是根据待加工工件自己的特色,正当地抉择最优的定位点个数并确定它咱咱们的地位,以实现工件的确定束缚定位。本文在“N-2-1”定位原理的基础上,针看待加工工件的自己特色,同时结合三维激光切割的工艺特色,停止相干钣金件在分歧支撑环境下的变形研究,从而确定出工件变形最小的支撑定位计划。

  二、“N-2-1”定位原理

  “N-2-1”定位原理与普遍用于刚性件的“3-2-1”定位原理相比,更适用于易变形薄板类零件的定位。对付柔性件夹具的设计,“N-2-1”定位原理认为 :

  (1)第一基准面所需的定位点数为N(N≥3)。

  在绝大部分薄板件的加工过程中,最重要的尺寸成就便是薄板件法向偏向上的变形,有时自重引起的变形也不容忽视(本文研究的便是钣金件在其自己重力感化下所引起的变形),同时Z向变形会耦合发生另外两个偏向上的变形。对付薄板件而言,最正当的夹详细系便是请求其第一基准面上采纳多于3个的定位点作为支撑去限制这一偏向上的零件变形。

  (2)第二、第三基准面所需的定位点数为2个和1个。

  在第二、第三基准面上分离必要2个和1个定位点去限制薄板件的刚体运动。2个和1个定位点是完全足够的,因为实际加工力通常不会感化在这两个基准面偏向上以防止弯曲或翘曲。同时第二基准面上的2个定位点应布置在薄板件较长的边上。一是因为两定位点间距尽量大时,零件更稳固;二是可以或许或许更好地弥补零件外面或定位元件的装配误差。

  (3)禁止在工件正反两侧同时设置定位点,因为甚至是极小的几何缺点都可能导致薄板件相对弘大的挠度和潜在的不稳固或翘曲,这种现象可利用欧拉翘曲阐发来解释。

  三、优化设计实践

  优化成就的基本原理是颠末过程优化模子的树立,利用各种优化办法,在称心设计请求的条件下迭代计算,求得偏向函数的极值,获得最优设计计划。

  优化成就的数学模子可表示为:

图1

  此中,F(X)为偏向函数,是设计变量的函数,用来评估设计计划的优劣,优化成就即为求偏向函数的极值。为束缚条件,是设计变量取值规模及状况变量的限制条件,也是设计变量的函数。X为设计向量,由设计变量构成,是设计中需优选的设计参数,每个设计向量即为一个设计计划,设计向量的丛聚为设计空间R,称心束缚条件的设计向量的丛聚为可行域。

  求解优化成就的办法一样平常采纳数值迭代法如罚函数法(SUMT),将束缚优化成就转化为非束缚优化成就,颠末过程迭代,逼近偏向函数极值。常用的优化办法有零阶办法和一阶办法,零阶办法(间接法)应用统统因变量(状况变量和偏向函数)停止逼近,它是通用的办法,可以或许或许有用处理绝大多数的工程成就。一阶办法(间接法)同零阶办法一样,颠末过程对偏向函数添加罚函数将成就转化为非束缚成就,但是与零阶办法不一样的是,一阶办法将真实的有限元结果最小化,而不是逼近数值停止操纵。一阶办法应用的是因变量的一阶偏导数,在每次迭代中,梯度计算(用最大斜度法或共轭偏向法)确定搜索偏向,并用线搜索法对非束缚成就停止最小化。一阶办法精度很高,分外是在因变量变更很大、设计空间也较大时,但消耗的机时较多。


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