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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。
　　*，關鍵零部件加工一致性是影響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。