CN104794272A - 一种飞机构件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机构件的加工方法,包括对工件加工中心现有夹具进行三维建模；对建模的夹具进行三维装配、干涉检验、可视化装配以及装夹运动仿真；对建模的夹具在装夹待加工件进行夹紧时做变形分析；依据变形分析的结果在数控机床上装配夹具对待加工件进行装夹，装夹完成后按照工件的加工要求启动数控机床进行加工。采用上述方案对待加工件进行加工，可有效整合现有的夹具进行可靠装夹，降低工件的加工成本和提高加工效率。

Description

一种飞机构件的加工方法

技术领域

本发明涉及数控加工领域，具体涉及一种飞机构件的加工方法。

背景技术

目前，国家对航空领域的大型工业机械建设的投入加大，在航空制造行业方面，飞机结构件机械加工的主要方法依然是数控加工，尤其是数控铣削。结构件数控加工夹具的发展从很大程度上影响着我国飞机制造的水平提升。尽管如此，结构件的数控加工夹具存在还是存在着一些问题。

近年来高速切削的方法在加工时被大量的使用，如西飞公司的大型复杂结构件都是在数控中心上完成加工，结构件种类含盖了机翼大梁、壁板、梁间肋、框、大型支撑接头和对接接头等，这些结构件具有精度高、壁厚薄、槽腔多的特征且必须满足飞机变斜角理论曲面要求的特性，此外它还具有零件轮廓尺寸大、槽腔深和基准平面轮廓度要求严的要求，成飞结构件的加工分别在数控分厂和结构件分厂完成，大型结构件放在数控分厂进行，小型结构件在结构分厂。在国内整机厂中，用于结构件数控加工的夹具有如下3个问题：

1、专用夹具数量多，适用范围窄，利用率低；

由于国内大型飞机还处于研制过程中的原因，造成零件生产的数量少但是种类繁多。为了保证加工的质量，每种零件都为其生产设计了相应的夹具，基座材料是非常笨重的铸件，而且定位精度不高。各类家具在车间库甚至车间地上处处可见。在需要重新组合夹具的时候，重新安装夹具的转换时间在2小时左右，大大降低了生产效率。飞机上的大型整体结构件，如整体蒙皮和壁板，现在仍部分采用大型模胎来进行切边和铣削。而且模胎设计制造成本高、专用性强。模胎体积庞大严重占用厂房面积。

2、缺乏计算机辅助模拟夹具拼装系统和生产流程管理系统；

目前，夹具设计和夹具拼装方案的规划依然是采取人工手工方式。导致设计人员劳动量大、而且效率低下；设计的质量取决于工人的经验，质量无保障、规范性差，夹具元件的拼装、查找耗费大量人力。缺乏夹具及夹具元件的分类检索方法及系统，夹具生产流程管理混乱。对于新的结构件，往往存在可能合适的夹具，但是由于难以查找型号和结构，或找到类似夹具后，缺乏科学的方法指导装配，使得设计者不得不放弃利用已有夹具而不得不重新设计和制造，这种情况导致了极大的浪费。此外在工件加工任务完成后，夹具不能及时有序地拆装归位。

3、夹具自动化程度低；

实际生产中结构件的装夹过程仍然采用人工装夹，如螺钉压板方式，费时费力。在大部分情况下，夹具组装的时间和工件装夹的时间之和远比工件切削时间长，造成实际生产时间的浪费。数控机床和夹具在结构及控制方面是相对独立的，不能利用数控指令，协同地对待加工工件进行准确定位、装夹和进退刀加工。

此外，随着计算机应用的飞速发展，计算机辅助技术已经日益成熟，企业在其设计和生产过程中开始使用CAD、CAM等技术，但其都自成体系，彼此之间缺少有效的信息共享和利用，形成所谓的“信息孤岛”，随之而来的各种数据也急剧膨胀，对企业的相应管理形成巨大压力。比如数据种类繁多，数据重复冗余，数据检索困难，数据的安全性及共享管理等等。

因此，对于各种数据多而杂乱的企业，高效有序化的数据管理在提高效率，降低成本，抢先满足市场需求方面显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞机构件的加工方法,其可有效解决上述问题，对现有的夹具进行建模，对现有夹具的可工装性进行分析，已提供最佳的夹具对待加工工件进行夹装和加工。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案进行实施：

一种飞机构件的加工方法，其包括如下操作步骤：

S1：对工件加工中心现有夹具进行三维建模；

S2：对建模的夹具进行三维装配、干涉检验、可视化装配以及装夹运动仿真；

S3：对建模的夹具在装夹待加工件进行夹紧时做变形分析；

S4：依据变形分析的结果在数控机床上装配夹具对待加工件进行装夹，装夹完成后按照工件的加工要求启动数控机床进行加工。

具体的方案为：

步骤S1中三维建模采用Nuigraphics NX5.0软件平台实施。步骤S2中采用Use Solids Where Available模式进行干涉检验分析。步骤S2中变形分析采用Ansys12.0软件平台实施。采用Teamcenter软件平台进行数据管理。

本发明的有益效果为：采用上述方案对待加工件进行加工，可有效整合现有的夹具进行可靠装夹，降低工件的加工成本和提高加工效率。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2-1为建立标准件部件图；

图2-2为创建标准件名片图；

图2-3为部件族创建流程图；

图2-4为标准件编号表图；

图3为装配运动状态变化过程图；

图4为有限元分析步骤图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

PDM是一项管理技术，它管理所有与产品相关的信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和产品生产相关过程 (包括过程定义和管理)。在计算机应用领域中PDM是发展最快的技术之一，20世纪80年代初期出现，目的是为了解决大量技术文档、工程图纸和CAD文件的计算机化的管理问题，随着技术发展和市场需求这项技术也逐步扩展到产品开发的三个主要领域。

1：管理设计图纸和电子文档，材料清单(Bill of Material，BOM)的管理。

2：材料清单与工程文档的集成。

3：工程环节变更请求/指令的跟踪与管理。

随着网络数据库技术的不断发展，PDM技术也在20世纪90年代取得了很大的进步。PDM技术在国外己被广泛应用，据美国CIMdat公司都是调查，48％的被访企业都实施了PDM。PDM技术的应用及相关产品在国内同样也呈现出较较好的势头。这项技术的核心是能够使所有涉及项目人员自由共享整个信息生命周期中与产品相关的异构数据。它可被看作是一个企业信息的集成框架或是桥梁，各种应用系统(如CAD/CAPP/CAMC/AE、EDA、OA、ER等)将通过多样的的方式作为一个对象(Object)被集成在同一个平台下，通过高度集成、协调、共享分布各个部门、分厂、应用中使用的所有产品数据，使得产品研发过程得到最佳优化。目前，国际上有很多大企业欲将PDM作为支持经营过程重组、并行工程、质量认证，保持企业竞争力的关键技术。现在PDM技术所涉及的领域已从设计工程部门逐步向生产经营管理部门渗透。PDM不仅在前期有效地管理定义从概念设计、工程分析、工装设计、工艺流程设计、详细设计、制造、销售、维护、直至产品报废相关的数据，还可以使产品数据在整个生命周期内保持一致性、第一性、安全性。同时，还可以作为连接CAD/CAM/CAPP系统、MIS系统、MRP11/ERP、车间管理与控制系统的桥梁和纽带，为各类软件提供一个统一的运行平台。PDM系统的有效实施与管理，在提高效率方面，可避免繁琐的数据查找，及时提准确的产品数据；减少企业成本方面，极大提高设计数据的再利用率，减少重复劳动；使用便利性方面，能它有效控制工程更改，决策人员可以 不限时、不限地域地进行设计审查；并行工程方面，它可以进行产品设计过程控制，提供并行设计的协同工作环境，很有利于整个产品开发过程的系统集成。总之而言PDM技术正朝着企业全局信息集成的方向发展。

西门子公司推出的PDM类软件Teamcenter是目前业界使用最为广泛的管理系列软件。Teamcenter作为市场领先的产品全生命周期管理的协同应用系统，它具有两个关键的卓越功能：

1)统一管理整个产品生命周期；

2)针对行业提供即开即用的解决方案。

Teamcenter的绝对优势及卓越功能加快了产品的上市缩短上市时间，从而可以获得额外利润，谋求更大的市场份额，赢得市场主导地位。使得对于后来的竞争者，要超越这些优势是很困难的，也要付出很大的代价。同时促进了企业的设计重用，有利于企业降低产品开发成本。

本发明提供的飞机构件的加工方法，如图1所示，其包括如下操作步骤：

S1：对工件加工中心现有夹具进行三维建模；

S2：对建模的夹具进行三维装配、干涉检验、可视化装配以及装夹运动仿真；

S3：对建模的夹具在装夹待加工件进行夹紧时做变形分析；

S4：依据变形分析的结果在数控机床上装配夹具对待加工件进行装夹，装夹完成后按照工件的加工要求启动数控机床进行加工。

本发明采用的技术平台具体可为：

美国德克萨斯普莱诺公司推出的Nuigraphics NX5.0三维设计软件；

有限元分析软件Ansys12.0；

西门子公司研发的PDM类软件Teamcenter。

具体的操作为：

加工中心夹具通常具有以下特点：(1)加工中心具有自动换刀的功 能，这一功能决定了它的刀具为悬臂式，因此在夹具上不安装引导刀具的导向件，如镗模套、钻模板等；(2)为了使待加工表面充分暴露在外，要求夹具最大限度开敞，必要时可以在夹具体上铣出空洞，避开钻夹头、镗杆等，避免其与夹具体发生干涉，使得可以刀具悬伸长度缩短，可以

提高刚度；(3)在工件待加工面与底面相交的时，应在夹具上设能将工件提高一定高度的等高元件，以方便进刀，也能满足主轴与工作台面最小距离的要求。此外，工件夹具不得与机床的各元件相互干涉，安装后的工件和夹具最高点不能影响主轴换刀操作，否则会影响效率。与通用机床相比，加工中心所用的夹具的要求要更简单、结构紧凑、刚度高、精度高，装夹便利、快速，具有一定的柔度。

一、加工中心夹具的NX建模

NX是Unigraphics Solutions CA公司推出的集CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、机械及电子工业等多领域被大规模应用。

NX系统为用户提供了一个以过程为基础的产品设计环境，使产品开发从最初设计到实施加工真正地实现数据的无缝集成，因而优化企业的产品设计与制造过程及结果。NX中，面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术；在这一环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发过程的各个环节保持关联，使得并行工程的理念及思想得以充分利用。

加工中心夹具库的建立是工作的第一步，也是最基础、最重要的一个环节。模型的质量决定着装配的质量，承载着数据管理的意义。以下对加工中心夹具进行建立及PDM管理。

1、参数化建模：

整套夹具体的装配离不开标准件的辅助及支撑。因此夹具的三维工装设计必须有健全的标准件库以供调用。由于标准件种类繁多，数量庞大，一种型号多个参数的前提，故采用三维参数化建模，确保标准件准确性，规范性。具体步骤如下：

a、建立标准件名称，item等，如图2-1所示；

b、创建标准件名片，如图2-2所示；

c、建立种子部件；

d、创建部件族，其流程如图2-3所示；

经过部件族创建的参数化模型都经软件系统默认存储在文件夹Family Members里，每个部件族都一一对应自身的部件族文件夹。在参数化设计成功之后，需要进一步检查种子文件中的参数表格是否保存完整，如保存完整，则该参数化设计的标准件可以投入使用。

2、标准件的调用：

在模型进行装配需要使用标准件时，和装配专用件步骤相同，选择添加组件功能按钮，进入选择界面如图2-4所示，进入PDM数据管理界面选择Search功能栏，在框内输入标准件号，选择所需参数的标准件即可。

二、三维可视化装配

三维装配是指三维产品模型的装配过程，是一种基于虚拟环境的装配技术，一定环境下也叫虚拟装配。三维装配不需要实体产品或零件支持来完成物理实现，只需通过分析、先验模型、可视化和数据表达等手段，利用计算机工具来安排或辅助进行与装配有关的工程。三维装配是虚拟制造的一个重要而关键的环节，也是未来数字化设计与制造中将不断改进及发展的重点。因为在传统二维装配工艺系统中，很难单纯用表格、文字、平面图片清楚地表达复杂装配工艺。由于企业三维CAD(Computer Aided Design)软件的普及应用，基于三维模型的装配技术可以很好解决这个问题。在三维环境下动态地演练装配过程，并进行实时干涉检查，还可以帮助工艺设计者直观地看到装配的可行性。生成的装配仿真动画可以直观地指导工人进行装配活动。

考虑到三维模型装配的方便性及不产生大量的计算机数据，此环节依然采用NX软件。在装配之前，需要对加工中心夹具的各个夹具元件进行准确性建模，将各个夹具分类放置于特定的文件夹中以便装配检 索。导入模型，装配顺序根据各个夹具的不同特点进行装配，主要的装配方法有自顶向下装配、自底向上装配、混合装配。

1、选取所用软件平台

采用NX5.0平台，虚拟装配模式。

2、三维可视化装配方法

采用PMI方式进行三维可视化装配，具体步骤如下：

1)NX的PMI预设置；

其中：

①注视平面：设置PMI注释的放置默认平面。

②显示在所有视图中：创建的尺寸信息是否生成在所有视图中，勾选则在生成视图中显示。

③通过有色模型显示PMI：当PMI被实体遮挡，PMI是否会变色显示。

④视图旋转后更新读取方向：当尺寸旋转180度后，数字是否会更新显示。

以上四种基本设置是进行PMI标识的第一步，根据具体情况选择不同设置，每个设置选项内容都是在实际操作中经常遇到的，具有很强的实用性。

2)NX PMI添加注释

用户可以在常规的六个平面里对模型进行标注，也可以把任意屏幕停留视图当做一平面进行注释。

3)NX PMI添加截面视图 

按照需求创建尽可能多的横截面视图，查看装配部件之间是如何交互的。

4)NX的PMI布局添加

因为PMI标注反应模型某一个平面的说明信息，对于稍复杂的装配或零件模型单个视图不能把全部信息表示出来，所以通过布局将模型多个方位的信息表达出来。

5)成果展示

加工中心夹具三维可视化装配图。

三、装配的仿真

1、装配体干涉分析

干涉检查包括动态干涉检查和静态干涉检查。本发明仅涉及静态干涉检查。静态干涉检验是指物体在空间中静止即场景中零件在整个时间轴上是不发生变化的，检测零件间的干涉情况。可利用NX软件自带的分析功能进行简单分析，也可对装配件的部分或全部组件间隙分析，此模式可采用交互式或批处理模式进行装配分析，具体方法有如下3种：

方法一：Assemblies----Components----Check Clearances 

方法二：Analysis----Simple Interference

方法三：Analysis----Assembly Clearance

干涉检查主要采用以下三种模式进形分析：

基于小平面(Facet Based)：利用小平面进行分析。特点：速度快。如果检查出相交，系统就建立许多交线和交点以表示干涉体积。

使用可用的实体(Use Solids Where Available)：默认方式。(建议使用此模式。)特点：此模式首先用小平面进行预处理，再用实体方式完成分析。如果要建立并保存干涉实体。

使用实体(Use Solids)：此模式利用实体几何体计算精确的结果，这种方式精确但是慢。

对加工中心夹具进行静干涉分析，由于组件较多，故采用第二种方法，选择Use Solids Where Available的默认方式，为了更好地查找干涉组件，对干涉结果做自定义设置。

装配模型共有91处干涉，包括接触干涉及硬干涉。经进一步统计，其中接触干涉44处，其余都为硬干涉。

分析：着重对硬干涉进行分析，经分析发现产生应干涉的组件多是标准件，因为在建模过程中螺钉螺纹都采用符号螺纹，而NX对不同模块的计算方式存在差别，符号螺纹在工程导入工程制图功能中，默认以 螺纹的小径(外螺纹时)计算输出；在进行干涉检验时，是以实体模型尺寸计算，所以在实体模型中造成碰撞。另一种情况为销子这一类需要过盈、过度配合的情况，属于结构设计需要。由此可以得出结论：此加工中心夹具可装配性好。夹具的装夹为夹具在实际运用中的主要目的，其装夹的质量取决于夹具的装配体结构、加紧元件的夹紧力，工件与夹具之间的结构等。利用NX装配模块对所建夹具三维模型进行装配仿真，在进行运动仿真之前，需要给各个元件施加不同的约束，之后进行运动仿真，以此验证三维模型的正确性及所设计夹具的可装配性。

2、装配仿真 

虚拟装配的研究中，装配工艺规划更关心的是装配\运动的可行性，因此，规划过程的装/拆运动仿真可以考虑根据运动规律的变化用较简单的动画方式实现，而其演示可利用NX动画播放功能来完成。

装配元件的运动时一个连续的过程，可处理为一系列离散的运动状态，形成视觉上的连续效果。故装配元件位姿变化的顺序为“连续—离散—连续”，如图3所示，元件的装配运动轨迹有3个运动段组成。

2.1装配空间中零部件的位姿描述和变换

在装配实体模型的三维空间O-XYZ中，装配元件的位姿是通过一个位姿矩阵[P]memb_to_asmb来决定的，装配元件从一个位姿关键点到另一个关键点，实际上等价于原来的位姿[P]发生一个矩阵变换[T]达到新的位姿[P]’，故矩阵[T]move的计算是关键。

2.2装/拆运动的11元组表示法

三维装配空间中，装配元件的运动不是无规律可循的，在一定时间段内，元件或者平移，或者旋转，或者既有平移又有旋转(如螺钉的拧进与旋出)，三者必占一个。所以，元件的装/拆运动Move能看作具有确定规律的运动段Mi的总和。

Move＝ΣM；i＝1,2,3…m

2.3装配仿真动画制作

基于NX5.0的动画制作方法有两种，一种是用拆卸功能将装配完成 模型拆卸，再进行逆播放，从而获得装配动画，这种方法显示零部件间的模型是从无到有，只能表述装配次序，不能描述装配路径。第二种方法同样的是以拆卸逆序来完成，但不同之处是这种方法不仅可以表示装配次序，还可以描述装配路径。首先在建模界面对装配模型进行“卸装”，这个拆卸的内容不是第一种方法中的直接拆卸，而是对装配模型各个零部件之间的装配关系进行抑制，但装配位置保留。随即进入装配序列模式，对零部件进行路径及次序规划，有了具体的顺序规划和零件装配路径后，开始用插入运动功能对模型拆卸。零件按照装配路径进行拆卸运动，运动方向为XYZ轴上六个方向，拆后的零件仍然保留在界面中。按照规划的次序依次进行拆卸运动。记录拆卸过程，在完成拆卸最后一步时，向回播放记录，就完成了自动装配动画。

3、装夹运动仿真

NX5.0运动仿真模块用于运动机构模型，分析其运动规律，该模块可以实现任何二维和三维机构的运动学和力学分析，实现对于运动分析方案的管理及相关数据处理。这一模块可以进行机构的动态干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力等。运动仿真模块自动复制主模型的装配文件，并建立一系列不同的运动分析方案。每个运动分析方案均可独立修改，而不影响装配主模型。

本发明加工中心夹具模型的装夹元件装夹动作进行运动仿真，具体步骤如下：

3.1创建运动方案 

运动分析方案的创建是进行运动仿真的关键，运动分析方案的创建分为三个步骤：创建连杆，创建运动副，定义运动驱动。

a、连杆(Links)的创建：连杆在机构中代表运动件，所有运动的零件必须创建为连杆。每一个连杆的创建包括定义连杆对象、质量属性、惯性矩、初始转动速度和移动速度。此夹具中依次定义底座、挡板、两支推杆、两V型块共7个连杆，其余不参与装夹的部件无需进行连杆定 义。

b、运动副(Joints)的创建：运动副将机构中的连杆连接在一起，从而使连杆一起运动。NX运动仿真模块中提供两大类运动副，普通类型有旋转副、滑动副、万向节、球面副、柱面副、平面副、点在线上副和线在线上副；特殊类型有螺旋副、线缆副、齿轮齿条副及齿轮副，基本覆盖了常见机构的运动形式。运动副具有允许所需运动和限制不要运动的双重作用。

c、定义运动驱动(Motion Driver)：运动驱动是赋在运动副上控制运动的运动副参数，共有5种类型：①无驱动；②恒定驱动，设置某一运动副为等常运动(旋转或线性位移)；③简谐运动驱动，产生一个光滑的向前或向后的正弦运动；④运动函数，运动副按照给定的数学函数运动；⑤关节运动驱动，设置某一运动副以特定的步长(旋转或线性位移)和特定的步数运动。

3.2运动仿真分析 

运动仿真和分析的核心是多体动力学解算。进行运动学仿真和分析时，需要输入时间和步数两个参数，解算分析完成之后，可以以动画的形式表现机构的运动仿真过程。

3.3后处理

运动仿真模块提供图表功能，可将运动分析的数据以表格或图形的形式输出，它是通过标记Markes来提取机构上任意一点实现的。以此模型为例，标记V型块上待接触工件上一点，输出其加速度-时间的仿真结果。

完成了所需的解算及生成相应的图标、报表文件后，可将仿真运动过程转化成动画，转化方式是利用NX自身的导出功能，导出类型包括动画格式、视频格式，还包含与Teamcenter集成的格式Teamcenter Visualization。

四、装夹工件变形分析

工序集中是加工中心工艺方案的一大特点，这一特点使得生产效率不断提高，同时也产生新的问题。通常工件在机床上一次安装后要完成被加工表面从粗加工到精加工的全部过程。因此这就要求夹具的加紧力足够保证在加工过程中的切削力，保证装夹稳定性，从而保证加工精度。其次加工中心机时昂贵，加工中心上都有压力气源，为尽量减少夹紧时间，因此应首先考虑采用动力夹紧。相对于手动传统的手动夹紧而言，气动或液压夹紧的夹紧力更容易得到计算机控制。在气动或者液压夹紧情况下，对装夹工件进行变形分析。计算出在保证完成所有工序的前提下，保证工件变形微小的力大小。为保证装夹质量提供数据支持。

有限元分析步骤：对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤基本是相同的。大致可分成三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网络划分；后置处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果，具体见图4。

几何模型建立实例

在Ansys中有两种获取几何模型的方式，分别是利用自身DesignModeler功能创建模型；导入其他软件的模型，如NX、CATIA、ProE等CAD软件，不过在第三方软件导入时候有格式的要求，这些文件必须是Iges、Step、Parasolid、X_T格式中的一种，否则不能将模型导入Ansys进行分析计算。此外，从第三方导入的文件如果在安装时没有设定于Ansys接合，那么此文件与原来第三方文件则无关联性。若想使CAD软件的模型与导入DesignModeler中的模型依然保持关联性，即二者可以相互刷新、协同建模，则需要将DesignModeler嵌入主流CAD中。

本发明采用导入外部模型方式获取几何模型。第三方软件依然是NX5.0。在NX中，导出文件的格式类型有Iges、Step两种可以嵌入Ansys的类型。其中Iges格式的文件被导出后默认删除了其他参数及特征几何，只保留实体特征，在Ansys中不显示实体，不符合需要做分析的要 求，因此采用输出Step文件格式类型。

该装配体主要是为了模拟夹具夹持工件过程，左右是两个不同的V型块，通过一定的载荷使得工件自由度受到限制。分析在一定的变形范围内最大的夹紧力数据。启动ansys12-workbench，进入后先保存文件再关闭信息框，这是因为系统通常会把所有的数据放在一个文件里，为了方便管理，故先进行保存以自动生成数据文件夹。将workbench左侧的Geomertey模块拖入空白处，出现名为A的Geomertey块。选中A2后选择模型路径进行导入。导入后对模型单位进行过定义，该模型定义单位为mm。之后建立结构分析项，将Static Structural拖入A块，并设定结构分析项为3D类型。

(2)模型材料的选取

本实例涉及三个部件，两种材料，两个V块材料一致。确定各部件的名称后开始加材料特性，即弹性模量和泊松比。在Engineering Date中添加所需材料，选取所需修改项，在弹出的对话框中输入材料参数，弹性模量为5E11Pa，泊松比为0.28。工件材料选取默认结构钢。

由于本模型是装配体，所有必须对模型之间的接触进行定义。在ansys12-workbench中，接触类型有5中:绑定(Bounded)、不分离(No Separation)、光滑无摩擦(Frictionless)、粗糙(Rough)、摩擦(Frictional)。

本实例的接触是V块的面与圆柱面的接触，在切向不能滑动，法向不能分离，属于绑定接触类型，所以将接触类型设定为绑定。

(3)网格划分

在Ansys12-workbench中，网格划分是作为一个单独的工具平台，为Ansys不同的求解器提供相应的网格文件，具体的说主要是提供了两类不同的网格文件，包括有限元网格和计算流体力学网格。有限元分析(FEM)其中有包括：①用于机械动力学(隐式)仿真的网格；②用于显示动力学仿真计算的网格；③用于电磁场仿真的网格。计算流体力学

(CFD)的网格其中包括：①用于ANSYS CFX计算的网格；②用于 ANSYS FLUENT计算的网格。

对于三维几何体，软件提供5种不同的划分网格法。

四面体网格划分法：在三维网格中，相对而言四面体划分是最简单的，在Ansys12-workbench中四面体网格生成基于两种方法，一种是TGRID算法，这种算法生成网格的特点是考虑了几何体上的面及边界，在同一几何体上可以有不同的网格类型；另一种是ICEM CFD Tetra算法，这种算法对于几何体上的面及边界等的影响可能被忽略，即粗糙的网格可能会忽略几何体表面的细节。

扫掠法：这种方法主要是产生六面体网格或者棱柱形网格。但是被划分的体必须是可扫掠的规则几何体。

自动划分法：自动划分实际就是在四面体与扫掠型划分之间自动切换，这取决于被划分的几何体能否被扫掠。具体的说如果几何体不规则(即不能被扫掠)，程序就自动产生四面体。反之，如果几何体规则，就产生六面体网格。

多域法：这种方法主要用来划分六面体网格，特点是具有计划体自动分解的功能，从而产生六面体网格。

Hex-Dominant：网格实际上是在模型的外面生成六面体单元，而里面是四面体单元。它的算法是先在外表面生成一个平面网格，然后经过向内拖拉形成块/锥，最后在内部添加锥形四面体单元，这种方法适用于块状的几何体，对于细长类几何体并不适用。

结合这几种三维实体划分法的适用范围，以及模型的特点，本文将分别使用四面体网格划分法、扫掠法、自动划分法分别对工件、V块1、V块2进行网格划分。

(4)添加约束条件 

为V型块相向加载0.025mm的位移量，将V块的横向自由度加以限制，在横向方向上输入0即可将此方向自由度限制。在工件上两圆柱结构之间的平面设定为固定约束。

(5)求解及后处理结果

点击Solution(B6)切换到求解环境，点击点击Solve按钮进行求解。在结果(solution)中插入变形Deformation-total、等效应力Equivalent Stress、支反力Force Reaction。并设定变形计应力对象只为工件。点击Solve按钮进行求解。在结果的变形中插入X方向支反力并计算。执行Solution-Insert-Probe-Force Reaction命令，再在详细栏中确定为位移(Displacement)。

数据分析结果为在X方向上最大变形对应的作用力为3914N,由于是在实际夹持过程中，两侧同时夹紧工件，而在计算时只是考虑了一边的受力情况，因此得出夹紧元件的夹紧力不能超过最大支反力的一半，否则造成工件由于夹紧力过大而报废。

上述实例分析可以作为一个夹紧力与工件变形的一个缩影，意在于通过新的方法对动力源加工中心夹紧的夹紧进行优化控制。

五、PDM数据管理

PDM是一种“管得很宽”的软件产品，可以说只要是能被转换成用计算机描述和存储的数据，它都可以参与管理。PDM类的软件近年来也是层出不穷，其中西门子公司开发的Teamcenter在功能与应用操作性及广度上颇受欢迎。在NX集成管理模块中，涵盖了从NX文件的转配体导入，导出、重用库、DCS/Cheat Mate检查、高级搜索等计算机管理模式。

六、工件加工

依据模拟分析的结果，在数控机床上对待加工件进行装夹和加工。

数控机床能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；能装夹一组具有相似性特征的工件；能适用于精密加工的高精度机床夹具；能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；提高机床夹具的标准化程度。

本发明基于PDM环境对加工中心类夹具进行建模分析、装配仿真、数据管理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种飞机构件的加工方法，其包括如下操作步骤：

S1：对工件加工中心现有夹具进行三维建模；

S2：对建模的夹具进行三维装配、干涉检验、可视化装配以及装夹运动仿真；

S3：对建模的夹具在装夹待加工件进行夹紧时做变形分析；

S4：依据变形分析的结果在数控机床上装配夹具对待加工件进行装夹，装夹完成后按照工件的加工要求启动数控机床进行加工。

2.根据权利要求1所述的飞机构件的加工方法，其特征在于：步骤S1中三维建模采用Nuigraphics NX5.0软件平台实施。

3.根据权利要求1或2所述的飞机构件的加工方法，其特征在于：步骤S2中采用Use Solids Where Available模式进行干涉检验分析。

4.根据权利要求1或2所述的飞机构件的加工方法，其特征在于：步骤S3中变形分析采用Ansys12.0软件平台实施。

5.根据权利要求1或2所述的飞机构件的加工方法，其特征在于：该方法还包括采用Teamcenter软件平台进行数据管理。