تحليل پايداري قطعات با هندسه شكل- آزاد در قيد و بندها

Stability analysis of free-form workpieces in fixtures

آزمايش پايداري قطعه‌كار يكي از مراحل اصلي در صحت‌سنجي سيستم جاسازي و بست در مراحل اوليه طراحي قيد و بند است. پايداري قطعات شكل- آزاد در قيد و بند متاثر از نيرو- ممان‌هاي وارده از وزن قطعه‌كار، جاسازها، بست‌ها و ماشين‌كاري است. در اين مقاله، مدلي تحليلي براي آناليز پايداري اين قطعات در قيد و بندها بر مبناي اصل كمترين اندازه نيروها ارايه مي‌شود. اصل كمترين اندازه نيروها براي قطعات با هندسه شكل- آزاد در قالب يك مساله بهينه‌سازي غيرخطي در‌مي‌آيد كه حل آن، پايداري قطعه‌كار را تعيين مي‌كند. بررسي پايداري قطعه‌كار در هنگام بارگذاري در سيستم جاسازي، محاسبه محدوده پايداري و تحليل تاثير فاصله جاسازهاي پايه از هم بر پايداري قطعه‌كار با هندسه شكل- آزاد شاكله اين پژوهش را تشكيل مي‌دهد. نمونه‌اي از مدل پره توربين به‌عنوان مطالعه موردي براي آناليز عملكرد مدل ارايه‌شده استفاده شد. بارگذاري اين قطعه‌كار در سيستم جاسازي در قالب مراحل مشخصي طراحي و پايداري قطعه‌كار تحت اثر نيرو- ممان‌هاي وزن و جاسازي در هريك از مراحل بررسي شد. نتايج به‌دست آمده شامل تعيين محدوده پايداري مدل در محدوده زاويه‌اي 22-38 درجه بر جاسازهاي پايه، افزايش پايداري قطعه‌كار با افزايش فاصله جاسازهاي پايه از هم و تاييد طرح جاسازي اصلي با تاييد پايداري قطعه‌كار در مراحل بارگذاري بود. نتايج، بيانگر توانايي بالاي اصل كمترين اندازه نيروها براي آناليز پايداري قطعات شكل- آزاد در ماژول صحت‌سنجي مجموعه فعاليت‌هاي طراحي قيد و بند به كمك رايانه است.

The stability analysis of workpiece in fixtures is considered as one of the stages of the fixture verification system. The stability of free-form workpieces in fixtures is affected by different agents including weight, locators, and clamps and machining wrenches. In this study, a mathematical model has been presented for part stability analysis based on the minimum norm principle that led to a non-linear quadratic optimization problem. The solution to this problem is the reaction forces at the contact points between workpiece and locators. The study includes the workpiece stability analysis at the loading stages, determination of stability span for workpiece and investigating the effect of the base locatorʹs distances on the workpiece stability through examples. A turbine blade model was incorporated as the case study to evaluate the suggested model capabilities in stability analysis. The loading procedure of this part into the fixture was categorized into sequential stages and its stability was investigated in contact with the locators. The results included the stability span of [22°-38°] for the workpiece on base locators, increased stability by the distanced base locators and the confirmation of the main locating plan through the stability verification at the loading stages. The results showed the model efficiency and accuracy in analyzing the free-form part stability in contact with the fixture elements. The proposed dexterous model can be integrated into the CAFD platform to be used at the early stages of locating and clamping system design applications.