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0   前言
　　作為制造業的加工母機，機床的加工精度對產品質量的保證至關重要。目前，我國機床行業快速發展，中低檔數控機床幾乎已全部占領國內市場且實現批量出口，并為發電設備、兵器、航空、汽車等行業開發了一批中高檔數控機床。然而，與國外先進水平相比，我國機床行業仍落后 5 到 10 年［1］。國產機床的一致性差是國內機床和國外高檔機床的重要差距之一。
　　眾所周知，關鍵零部件加工一致性是影響最終整機性能一致性的關鍵因素，工件精度一致性較差的因素很多。據統計，20% ～ 60% 的加工誤差是由工件的裝夾引起的［2－3］。對于立式加工中心零部件而言，由于自重很大，生產部門往往忽略了工裝的作用，或者采用簡易工裝。缺乏對工裝深入的理論分析，實際加工時往往憑工人的感性經驗進行裝夾，沒有理論的指導，這是導致零件加工精度一致性較差，造成同一批機床制造一致性差的重要原因之一。
　　針對以上問題，本文作者以某機床廠立式加工中心 VMC850B 的床身為研究對象，依據加工工藝相關數據，采用有限元數值仿真方法，研究加工過程中裝夾工藝參數對其加工一致性的影響規律，并對機床大件加工的裝夾工藝參數選擇提供理論支持和指導。
1   有限元模型的建立及數值仿真方法
1. 1   床身－夾具系統有限元模型
　　圖 1 是某機床廠精銑立式加工中心 VMC850B 床身導軌接觸面時的裝夾狀態。可以看出: 由于床身結構尺寸大、自重大，因此工裝的裝夾方式不同于傳統的 3－2－ 1 定位方式，粗銑時，其裝夾方式為底面采用三點支撐加一點輔助支撐的方式，即用 3 個墊塊支撐床身，調整另一個墊塊的高低 ( 憑借操作人員經驗在較低處墊紙片的方法調節支撐高度) ，使 4 個墊塊和床身底面接觸并緊靠，保證在加工過程中不會發生晃動現象; 精銑時，采用三點支撐的方式。然后在床身下方 4 個地角螺栓孔附近用壓板加緊，以保證在切削過程中，床身不會發生滑移。工藝要求，導軌加工面的加工精度用直線度為 10 μm。
　　為了利用數值分析方法研究裝夾參數對加工一致性的影響，本文作者建立了床身－工裝體系的有限元模型。首先采用 SolidWorks 建立床身的三維模型，在不影響有限元計算精度的條件下，為了提高運算效率，對零部件倒角、孔等細節進行簡化; 然后導入到
ANSYS 中進行仿真計算，支撐和夾緊方式等工裝條件通過 ANSYS 中的約束和加載進行模擬實現。床身模型如圖之間的接觸設置對分析結果影響很大，為了盡可能準確地模擬兩者之間的接觸。在 ANSYS 仿真建模中，采用摩擦接觸的方式，二者之間的摩擦因數根據
《常用材料摩擦系數表》查得，其中，床身材料為HT300，墊塊材料為結構鋼，在夾緊力和工件自重的作用下，保證切削的過程中工件不發生滑移。
　　被加工床身工件的夾緊方式為壓板和壓緊螺栓配合壓緊，數值仿真中認為，床身受到的夾緊力為均勻分布在壓緊面上的壓力。
　　數值仿真過程中，忽略刀具旋轉運動的影響，假定刀具刀齒沿著加工表面直線移動，直至銑削出所加工面。即: 只考慮刀尖產生的點載荷對工件表面的作用，并且銑削深度不變，因此切削力大小恒定，在
ANSYS 數值仿真中，采用移動載荷模擬整個切削過程，將銑削時銑刀與工件連續接觸的過程進行離散，沿加工長度方向離散 25 個加載點。
　　車間生產中實測導軌直線度的方法是: 在加工后的表面上用水平儀測出 6 個位置點的相對高度值，然后采用最小二乘法求得加工面的直線度。因此，在
ANSYS 仿真分析中，為了準確模擬實際測量方法，在加工面上等間距獲取六點的變形值，采用同樣的方法求得數值模擬中的加工直線度。
　　由于某機床廠床身導軌生產過程中，工裝主要依據工人操作，工件裝夾狀態可認為是隨機分布的。在加工精度一致性數值模擬中，為了模擬實際加工中裝夾狀態的不一致性，計算機隨機生成 80 組不同的裝夾狀態，然后利用上述方法計算每組狀態下的直線度，再對結果做過程能力評價。

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4 結論
　　分析了某機床廠立式加工中心床身在生產過程中，工裝夾具對加工精度和生產一致性的影響。利用有限元數值仿真方法，首先對影響加工精度的各個工裝因素進行了探究，得出了支撐位置是影響加工精度的最主要因素，不同的支撐位置下，直線度的差可達 5 μm。可見影響顯著。然后從支撐位置入手，進一步采用數值模擬方法分析了支撐位置對機床床身導軌精度一致性的影響，基于分析結果提出了改善支撐位置來提升加工過程能力的相應對策。

裝夾對立式加工中心光機加工一致性的影響

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