【文章內(nèi)容簡介】 ,并采用成組技術生產(chǎn)。非標準零件庫中的零件 ,與設計所需結(jié)構(gòu)不同 ,但可以利用系統(tǒng)自身的建模進行修改 ,加快設計過程 ,典型 夾 具結(jié)構(gòu)庫就是在參數(shù)化設計的基礎上完成的 ,按用戶的要求對相似 夾 具進行修改 ,即可生成所需要的 夾 具結(jié)構(gòu)。 集成化 現(xiàn)代 夾 具設計制造系統(tǒng)不僅能強調(diào)信息的集成 ,更應該能強調(diào)人、技術和管理的集成。開發(fā) 夾 具制造系統(tǒng)時應強調(diào) “ 多集成 ” 的概念 。 即智能集成、信息集成、人員集成和串并行工作機制集成 ,這更能適應未來制造系統(tǒng)的需求。 智能化 人工智能技術實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的使用（包括產(chǎn)品的設計，制造和使用）智能的各個環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程的實現(xiàn)（包括組織，管理，規(guī)劃，調(diào)度，控制）智能的各個環(huán)節(jié)，智能和 夾 具設備 。 第 1 章 緒 論 5 網(wǎng)絡技術的應用 網(wǎng)絡技術應用包括硬件和軟件的集成實現(xiàn) ,各種制造自動化協(xié)議和通訊協(xié)議、系統(tǒng)操作控制策略、信息通訊接口等 ,是實現(xiàn)各式制造系統(tǒng)自動化的基礎。目前已實現(xiàn)通過 Inter 實現(xiàn)跨國界 夾 具設計。 多學科綜合產(chǎn)品設計技術 未來產(chǎn)品開發(fā)不僅涉及到機械科學的理論與知識 ,還用到光學、電磁學、控制理論等理論知識。產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設計 ,以追求 夾 具產(chǎn)品的動靜態(tài)特性、效率、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。 快速成形技術 它是一種基于層制造原理 ,制造出產(chǎn)品原型 ,與零件的幾何復雜程度無關 ,尤其是在復雜曲面形狀的產(chǎn)品制造中優(yōu)越性更為突出。它不但能迅速的制造出裝配校驗、原型供設計評估、功能試驗 ,還可以通過形狀復制快速經(jīng)濟地制造出產(chǎn)品 夾 具 ,從而避免了傳統(tǒng) 夾 具制造的費時、高成本加工 ,因而該技術在 夾 具制造中發(fā)揮著重要的作用[10]。 針對以上特 征 ，本文著重研究并充分利用 已 有的夾具設計經(jīng)驗，將參數(shù)化、模塊化技術應用到系統(tǒng)中 。 從機床專用夾具可重構(gòu)性的角度出發(fā)，建立參數(shù)化夾具定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、對定機構(gòu)以及對機床專用夾具的建模和虛擬裝配 。 基于 UG 的二次開發(fā)對機床專用 夾具進行設計，改變傳統(tǒng)夾具設計模式，技術革新，創(chuàng)建夾具三維設計的新環(huán)境， 這樣 可以縮短設計與制造周期，減少重復勞動，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。此外，利用 UG 二次開發(fā)三維參數(shù)化技術應用于夾具設計，對夾具的標準化、系列化將會起到積極的推動作用，有利于夾具設計的科學性和系統(tǒng)性管理，有利于企業(yè)取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益 [11]。 解決這一問題，提高生產(chǎn)率減輕設計人員勞動強度。 CAD/CAM 二次開發(fā) 調(diào)查 研究 CAD/CAM 的二次開發(fā)是指在現(xiàn)有的 CAD 軟件基礎上，為了提高以及改善軟件的功能，使它更符合用戶的要 求而做的開發(fā)工作。目的是提高設計質(zhì)量和制造質(zhì)量，縮短沈陽理工大學工程碩士學位論文 6 產(chǎn)品生產(chǎn)周期，充分的發(fā)揮通用 CAD/CAM 的價值。 CAD/CAM 軟件的開發(fā)類型 目前，國內(nèi)公司所使用的 CAD/CAM 系統(tǒng)主要以國外的商品化系列軟件，國內(nèi)的軟件所占份額非常小，與國外軟件的功能以及性能的差距有很大的關系。而此情況就使得二次開發(fā)工作變得及其重要和復雜，除了需求因素外，還有地域的文化和習慣的變化。目前國內(nèi)對國外的軟件二次開發(fā)主要包括 :設置漢字輸入系統(tǒng)、創(chuàng)建標準件庫以及常用庫、修改用戶界面、創(chuàng)建圖庫以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) PDM、新增技術和 功能等。根據(jù)開發(fā)規(guī)?？梢苑譃?: （ 1） 基本的功能模塊開發(fā) :完善以及補充系統(tǒng)某些特定的功能。 （ 2） 原有子系統(tǒng)開發(fā) :在原有得系統(tǒng)上加入新的功能系統(tǒng)。 （ 3） 系統(tǒng)開發(fā) :在原有 的 系統(tǒng)上開發(fā) CAD/CAM 軟件。 CAD/CAM 二次開發(fā)特點 （ 1） 繼承性 : CAD/CAM 二次開發(fā)是在現(xiàn)有軟件基礎上進行相應的開發(fā) 。 因此，開發(fā)的軟件的性能在很大程度上取決于支撐軟件性能以及開放程度大小和開發(fā)者對支撐軟件的理解。 （ 2） 專業(yè)性 : 二次開發(fā)對工程師綜合能力要求更高，至少應為大專及以上學歷且所有一定的專業(yè)知識。 （ 3） 實用性 : 二次開發(fā)是要滿足特定的用戶需求，所以成功的二次開發(fā)可以大規(guī)模的提高工作效率。 （ 4） 緊迫性 :二次開發(fā)需要解決實際工作中所遇到的問題，直接可以影響工作的進度 。 因此，在時 間 上應具有緊迫性。 （ 5） 復雜性 :二次開發(fā)不但涉及到應用專業(yè)，而且還要求對支持的軟件有深入了解 。 因此，工作量巨大，任務 極 其復雜。 CAD/CAM 二次開發(fā) 軟件 及其在夾具參數(shù)化設計現(xiàn)狀 CAD/CAM 幾乎推動一切領域的設計和制造革命，其開發(fā)水平已經(jīng)成為衡量一個國家 現(xiàn)代 制造水平 ,我國一貫重視開發(fā)和引起這一先進技術。但從目前看，我國 技術與第 1 章 緒 論 7 國際差距還是很大的。國際知名的 CAD/CAM 工具如 Pro/E、 UG等都是商品化平臺，基本上覆蓋了整個行業(yè)，專業(yè)性差，因而不能滿足各個行業(yè)的設計需求，在實際工程中難以達到理想效果 ,幾乎不能真正實現(xiàn) CAD 靈活高效的特點。因此 ， CAD/CAM 軟件的二次開發(fā)問題成為 CAD/CAM 技術推廣應用過程中必須面對和解決的問題。二次開發(fā)就是把商品化、通用化的 CAD/CAM 系統(tǒng)用戶化、本地化的過程。 CAD/CAM 軟件特點及其應用情況介紹 （ 1） Unigraphics(UG) UG 是 美國麥道 (MD)公司的產(chǎn) 品 ,1991 年 11 月被美國通用汽車公司 EDS 分部并入。UG由它的獨立子公司 UnigraphicsSolutions 開發(fā) , 適用于航空、汽車、通用機械和模具的設計、分析以及制造工程，是一個集 CAD/CAM/CAE 于一體的機械工程輔助系統(tǒng)。UG可以將優(yōu)越的參數(shù)化以及變量化技術與傳統(tǒng)的實體、線型和表面功能模塊結(jié)合在一起 ,同時還提供了二次開發(fā)工具 GRIP、 ITK,用戶還可以擴展 UG 的功能。 （ 2） AutoCAD AutoCAD 是美國 Autodesk 公司開發(fā)的目前全世界應用最廣泛的 CAD 軟件 ,占據(jù)整個 CAD/CAE/CAM 市場的 37%,在二維制圖軟件市場占據(jù)絕對的優(yōu)勢。是一個具有交互式以及強大二維功能的制圖軟件 ,如二維繪圖、剖面線、圖案繪制、尺寸標注和二次開發(fā)等 ,同時還具有部分三維功能。 （ 3） Pro/Engineer Pro/Engineer 是美國參數(shù)技術公司 (簡稱 PTC)開發(fā)的產(chǎn)品。 Pro/Engineer 的整個系統(tǒng)時建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和完整而多樣的模型上 ,因為它有二十多個模塊可供用戶選擇和使用 ,故能將整個設計以及生產(chǎn)過程集成一起。 Pro/E 具有參數(shù)化設計、特征設計的實體造型和移植設計思想的特點 ,該軟件用戶界面新 穎 ,非常符合工程技術人員的機械設計思想。在最近幾年 Pro/E 已成為三維機械設計領域里最具魅力的軟件 ,在中國 夾 具加工工廠得到了非常廣泛的應用。 夾具參數(shù)化設計現(xiàn)狀 近年來參數(shù)化的設計在計算機輔助夾具設計研究中越來越受到重視 。 但是，由于UG的函數(shù)開放程度不高、接口開發(fā)困難，與外部開發(fā)程序的數(shù)據(jù)不能直接相互傳遞以沈陽理工大學工程碩士學位論文 8 及不能充分利用開發(fā)語言的成熟控件等。因此，國內(nèi)外對于基于 UG 平臺的開發(fā)比較少，而且大多數(shù)還是理論上的研究。 ThompsonBS， GrippoPM[12]早 在 1987 年研制成一個夾具設計系統(tǒng) CAD— MFS，并將其用于生產(chǎn)實踐。該系統(tǒng)采用下拉式菜單進行夾具元件的選擇和組裝。但是該系統(tǒng)不支持網(wǎng)絡化管理、不能對夾具進行誤差檢查以及沒有實現(xiàn)夾具零件的參數(shù)化。 通過對 CAD/CAM 軟件調(diào)查和其實際發(fā)展現(xiàn)狀研究不難看出 國內(nèi)對于基于 UG 的專用夾具 CAD 的開發(fā)少之又少， 其中相當一部分是為 模具開發(fā) 的 。 西安理工大學的王輝基于 UG的模具設計和數(shù)控加工研究 ； 東北大學林冬玲基于 UG 冷沖模造型的研究 ； 南昌大學的蔡厚道基于 UG 平臺的機床專用夾具設計研究 等。 鑒于以上關于機床夾具二次研究少的現(xiàn)狀， 本課題開發(fā)的應用系統(tǒng)是在成熟的 UG 軟件上進行二次開發(fā) ， 論文的系統(tǒng)開發(fā)使用了 UG 軟件、 UG 軟件的二次開發(fā)語言 UG/OPEN API、 UG/Open UIStyler、UG/Open MenuScript、 VC++語言 （詳見第二章） 。 本系統(tǒng)界面操作具有很強的互換性和直觀性，用戶操作簡單，無需大量時間就能熟練使用。 CAD/CAM 軟件開發(fā)遵循的原則 用戶操作界面友好 用戶是否能輕松的掌握成為評價一個軟件的基本標準。一個友好的用戶操作界面包括 :使用簡便 、 界面熟悉 、 提示幫助信息靈活 、 具有良好的交互方式以及良好的出錯處理。 遵循軟件工程基本方法 軟件工程是引導計算機軟件開發(fā)以及維護的工程科學。即采用工程原理、技術以及方法來用開發(fā)和維護軟件。工程將采用生命周期法在時間上對軟件的開發(fā)和維護實行分解 ,把軟件的生存期限劃分為幾個階段 ,分階段開發(fā)。 參數(shù)化 對于系列化、通用化和標準化高的產(chǎn)品 ,設計所用的數(shù)學模型及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是固定不變的。不同的只有結(jié)構(gòu)尺寸方面的差異 ,是由于相同數(shù)目和類型的條件在不同規(guī)格和不同類型的產(chǎn)品設計中取不同值所造成的。對于這些產(chǎn)品 ,可以將已知的條件和第 1 章 緒 論 9 其 它 的基本參數(shù)采用相應的變量替換 ,根據(jù)這些已知 條件及基本參數(shù) ,計算機自動查找圖形的數(shù)據(jù)庫 ,或相應的軟件計算繪圖所需的數(shù)據(jù) ,由專業(yè)的繪圖生成軟件在屏幕上設計出圖形來 ,此方法稱為參數(shù)化 CAD。 成組 CAD 很多企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不一樣 ,但也基本相似 ,可根據(jù)相似性 ,利用成組技術使零件分成有限的零件庫 ,根據(jù)零件族中子零件的結(jié)構(gòu)特點開發(fā)相應的 CAD通用軟件 ,使用在該族所有零件的設計 ,這就是 “ 成組 CAD” 。 智能化 CAD 在工程設計中會有一部分工作是不需要計算性的 ,只 需要進行推理和判斷就能完成的 ,包括設計過程中內(nèi)容的過程和具體方案設計的技術決策 。所以 ,設計的效率和實際的質(zhì)量在很大程度上都取決于設計者的工作責任心、實踐經(jīng)驗和創(chuàng)造性思維。采用智能專家系統(tǒng)就可以幫助設計師進行下一步任務 ,以及所存在問題和推薦解決方案 ,或者是模擬人的智慧 ,可以對出現(xiàn)的問題提出較為合理的方案。專家系統(tǒng)還可以提高設計工作的質(zhì)量和效率。智能化 CAD 其實就是把智能專家系統(tǒng)以及 CAD 技術合二為一的一種全新的系統(tǒng)。 本論文研究的主要內(nèi)容及運行環(huán)境設置 本論文研究的主要內(nèi)容 本課題是在大型三維 UG 軟件平臺下，利用 UG軟件的二次開發(fā)功能來完成所研究內(nèi)容，并進一步開發(fā)相 應的系統(tǒng)模塊。 各章節(jié) 內(nèi)容 安排 如下： 第一章， 介紹夾具研究背景和意義， 夾具設計現(xiàn)狀及發(fā)展 趨勢 ， CAD/CAM 軟件 相關知識 ， CAD/CAM 二次 開發(fā)技術的發(fā)展趨勢 。 第二章， 首先介紹了 UG 二次開發(fā)工具 UG/Open GRIP、 UG/Open API/UG/Open UIStyler、 UG/Open MenuScript 等的基本概念及用途 ， 為 基于 UG的 CAD 系統(tǒng)開發(fā)奠定了技術基礎。 第三章， 針對 UG 二次開發(fā)的系統(tǒng)界面進行開發(fā)設計，主要包括了環(huán)境變量的設沈陽理工大學工程碩士學位論文 10 置，用戶自定義菜單的設計和自定義對話框的定義，為后面的程序參數(shù)化 建模做鋪墊 ，同時 介紹了 數(shù)據(jù)庫的建立 。 第四章， 本章是論文的核心部分，主要介紹了參數(shù)化的概念、特點、發(fā)展情況和發(fā)展流程。并具體到 UG 軟件的參數(shù)化操作流程 ， 參數(shù)化建模 。最后 以本課題 所 使用的模型作為例子，詳細介紹了參數(shù)化建模的過程。 第五章， 本章是課題的另一個重點，主要功能是實現(xiàn) 夾具體的 自動裝配。結(jié)合實例闡述了一個專用夾具裝配的全過程。 結(jié)論部分對全文內(nèi)容進行了總結(jié)，并對 研究成果及不足做出說明。 UG 二次開發(fā)運行環(huán)境設置 （ 1） UG 二次開發(fā)所需要 硬件環(huán)境 ： Client/Server 體系結(jié)構(gòu) ， 系統(tǒng)由數(shù)據(jù) 庫服務器、 TCP/IP 網(wǎng)絡系統(tǒng)以及客戶機組成 。 （ 2） 服務器操作系統(tǒng) ： Windows 2021 Server； （ 3） 客戶機操作系統(tǒng) ： Windows 2021 Professional SP4 及以上或 Windows XP SP1及以上 ； （ 4） 數(shù)據(jù)庫： EXCEL； （ 5） 軟件環(huán)境 ： UG/CAD 系統(tǒng)為 NX NX6。 本章小結(jié) 本章是論文的緒論部分，主要介紹了 課題的研究背景、 研究意義、 CAD/CAM 二次開發(fā)技術的 相關知識、 夾具 CAD/CAM 開發(fā)技術在以后的發(fā)展趨勢。 最后確定本課題章節(jié)安排及運行環(huán)境設置 。 第 2 章 UG 二次開發(fā)工具簡介 11 第 2 章 UG 二次開發(fā)工具 簡介 UG 開發(fā)工具 UG 不僅包括一體化的 CAD/CAM/CAE 功能，還提供了一整套用于 UG 二次開發(fā)的軟件工具包 UG/Open，如表 所示 。另外還提供了從用戶界面制作到程序編寫的開發(fā)工具 [13]。利用這些開發(fā)工具可實現(xiàn)在 UG環(huán)境下手動操作的所有基本功能。 表 UG/Open開發(fā)工具