آنالیز اثر نیرو و گشتاور ماشین کاری بر روی مقادیر برلحظه نیروهای عکس‌العمل در سیستم جاسازی قید و بندها

مقادیر نیروهای عکس العمل در قید و بندها جزو پارامترهای اساسی در مراحل طرح ریزی و طراحی المان های قید و بند به شمار می رود. مقدار این نیروها در هریک از نقاط جاسازی ثابت نبوده و تابعی از مقدار و جهت نیروی برآیند بست (به عنوان نیروی گذرا) و نیرو و گشتاور ماشین کاری (به عنوان نیروی فعال) است. از آنجا که بزرگی، موقعیت و جهت نیرو و گشتاور ماشین کاری در هر لحظه متغیر است، مطالعه اثر آن بر روی نیروهای عکس العمل، فرآیندی پیچیده به شمار می رود. در این مقاله، یک مدل تحلیلی برای بررسی اثر نیروها و گشتاور ماشین کاری بر روی مقادیر برلحظه نیروهای عکس العمل در جاسازها ارائه شده است. در این مدل، ابتدا مقادیر و جهت نیروها و گشتاورهای ماشین کاری در هرلحظه بر روی مسیر حرکت ابزار محاسبه شده و سپس با استفاده از این پارامترها به عنوان ورودی مدل تحلیلی، مقادیر برلحظه نیروهای عکس العمل در هریک از جاسازهای شش گانه محاسبه شده است. آنالیز المان محدود برای صحت سنجی مقادیر پیش بینی شده توسط مدل تحلیلی اجرا شده است. برای این منظور، کدهای لازم نوشته شده و مقادیر نیروهای عکس العمل بدست آمده از شبیه سازی با مقادیر متناظر آن ها از مدل تحلیلی مقایسه شده است. یک قطعه کار سه بعدی با سیستم جاسازی 123 که تحت عملیات فرزکاری قرار گرفته است، به عنوان مطالعه موردی برای بررسی کارائی مدل پیشنهادی استفاده شد. بیشینه مقدار خطا در محاسبه نیروهای عکس العمل از مدل تحلیلی پیشنهادی برابر با 10.9 درصد بدست آمد که بیانگر دقت بالای نتایج تحلیلی است.

Analysis of the Effects of Machining Loads on Online Values of Reaction Forces in Fixture Locating System

The magnitude of reaction forces in locating points is considered as one of the basic parameters in the fixture planning and element design stages of the fixture design procedure. The magnitude of these forces depends on the intensity, position, and orientation of the transient clamping and active machining forces and torque. Analysis of the effect of machining force and torque on reaction forces is a complex process because the magnitude, position, and orientation of machining loads change at any given time. In this paper, an analytical model is presented to investigate the effect of machining loads on online values​​ of reaction forces in the contact points between the workpiece and the fixturing elements. The magnitude ​​and direction of machining forces and torque are calculated on the tool path and using these parameters as inputs to the analytical model, the reaction forces are calculated in each of the six locators at each moment. A finite element analysis is performed to validate the values predicted by the analytical model. For this purpose, the necessary subroutines are prepared and the values ​​of the reaction forces obtained from the simulation are compared to their corresponding values ​​from the analytical model. A threedimensional workpiece with a 321 locating system was used as a case study to evaluate the performance of the proposed model. The maximum error in calculating the reaction forces was obtained as 10.85% from the proposed analytical model which indicates the accuracy of the theoretical predictions.