【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ,并采用成組技術(shù)生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中的零件 ,與設(shè)計(jì)所需結(jié)構(gòu)不同 ,但可以利用系統(tǒng)自身的建模進(jìn)行修改 ,加快設(shè)計(jì)過程 ,典型 夾 具結(jié)構(gòu)庫(kù)就是在參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成的 ,按用戶的要求對(duì)相似 夾 具進(jìn)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(shè)計(jì)制造系統(tǒng)不僅能強(qiáng)調(diào)信息的集成 ,更應(yīng)該能強(qiáng)調(diào)人、技術(shù)和管理的集成。開發(fā) 夾 具制造系統(tǒng)時(shí)應(yīng)強(qiáng)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(jī)制集成 ,這更能適應(yīng)未來制造系統(tǒng)的需求。 智能化 人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的使用（包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，制造和使用）智能的各個(gè)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程的實(shí)現(xiàn)（包括組織，管理，規(guī)劃，調(diào)度，控制）智能的各個(gè)環(huán)節(jié)，智能和 夾 具設(shè)備 。 第 1 章 緒 論 5 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用包括硬件和軟件的集成實(shí)現(xiàn) ,各種制造自動(dòng)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(shí)現(xiàn)各式制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。目前已實(shí)現(xiàn)通過 Inter 實(shí)現(xiàn)跨國(guó)界 夾 具設(shè)計(jì)。 多學(xué)科綜合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù) 未來產(chǎn)品開發(fā)不僅涉及到機(jī)械科學(xué)的理論與知識(shí) ,還用到光學(xué)、電磁學(xué)、控制理論等理論知識(shí)。產(chǎn)品的開發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計(jì) ,以追求 夾 具產(chǎn)品的動(dòng)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(shù) 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(fù)雜程度無關(guān) ,尤其是在復(fù)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(yàn)、原型供設(shè)計(jì)評(píng)估、功能試驗(yàn) ,還可以通過形狀復(fù)制快速經(jīng)濟(jì)地制造出產(chǎn)品 夾 具 ,從而避免了傳統(tǒng) 夾 具制造的費(fèi)時(shí)、高成本加工 ,因而該技術(shù)在 夾 具制造中發(fā)揮著重要的作用[10]。 針對(duì)以上特 征 ，本文著重研究并充分利用 已 有的夾具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將參數(shù)化、模塊化技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)中 。 從機(jī)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(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、對(duì)定機(jī)構(gòu)以及對(duì)機(jī)床專用夾具的建模和虛擬裝配 。 基于 UG 的二次開發(fā)對(duì)機(jī)床專用 夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)模式，技術(shù)革新，創(chuàng)建夾具三維設(shè)計(jì)的新環(huán)境， 這樣 可以縮短設(shè)計(jì)與制造周期，減少重復(fù)勞動(dòng)，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(shù)應(yīng)用于夾具設(shè)計(jì)，對(duì)夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化將會(huì)起到積極的推動(dòng)作用，有利于夾具設(shè)計(jì)的科學(xué)性和系統(tǒng)性管理，有利于企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 [11]。 解決這一問題，提高生產(chǎn)率減輕設(shè)計(jì)人員勞動(dòng)強(qiáng)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(chǔ)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(shè)計(jì)質(zhì)量和制造質(zhì)量，縮短沈陽理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 6 產(chǎn)品生產(chǎn)周期，充分的發(fā)揮通用 CAD/CAM 的價(jià)值。 CAD/CAM 軟件的開發(fā)類型 目前，國(guó)內(nèi)公司所使用的 CAD/CAM 系統(tǒng)主要以國(guó)外的商品化系列軟件，國(guó)內(nèi)的軟件所占份額非常小，與國(guó)外軟件的功能以及性能的差距有很大的關(guān)系。而此情況就使得二次開發(fā)工作變得及其重要和復(fù)雜，除了需求因素外，還有地域的文化和習(xí)慣的變化。目前國(guó)內(nèi)對(duì)國(guó)外的軟件二次開發(fā)主要包括 :設(shè)置漢字輸入系統(tǒng)、創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)以及常用庫(kù)、修改用戶界面、創(chuàng)建圖庫(kù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) PDM、新增技術(shù)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(bǔ)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(diǎn) （ 1） 繼承性 : CAD/CAM 二次開發(fā)是在現(xiàn)有軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)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(duì)支撐軟件的理解。 （ 2） 專業(yè)性 : 二次開發(fā)對(duì)工程師綜合能力要求更高，至少應(yīng)為大專及以上學(xué)歷且所有一定的專業(yè)知識(shí)。 （ 3） 實(shí)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(shí)際工作中所遇到的問題，直接可以影響工作的進(jìn)度 。 因此，在時(shí) 間 上應(yīng)具有緊迫性。 （ 5） 復(fù)雜性 :二次開發(fā)不但涉及到應(yīng)用專業(yè)，而且還要求對(duì)支持的軟件有深入了解 。 因此，工作量巨大，任務(wù) 極 其復(fù)雜。 CAD/CAM 二次開發(fā) 軟件 及其在夾具參數(shù)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 CAD/CAM 幾乎推動(dòng)一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和制造革命，其開發(fā)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家 現(xiàn)代 制造水平 ,我國(guó)一貫重視開發(fā)和引起這一先進(jìn)技術(shù)。但從目前看，我國(guó) 技術(shù)與第 1 章 緒 論 7 國(guó)際差距還是很大的。國(guó)際知名的 CAD/CAM 工具如 Pro/E、 UG等都是商品化平臺(tái)，基本上覆蓋了整個(gè)行業(yè)，專業(yè)性差，因而不能滿足各個(gè)行業(yè)的設(shè)計(jì)需求，在實(shí)際工程中難以達(dá)到理想效果 ,幾乎不能真正實(shí)現(xiàn) CAD 靈活高效的特點(diǎn)。因此 ， CAD/CAM 軟件的二次開發(fā)問題成為 CAD/CAM 技術(shù)推廣應(yīng)用過程中必須面對(duì)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(diǎn)及其應(yīng)用情況介紹 （ 1） Unigraphics(UG) UG 是 美國(guó)麥道 (MD)公司的產(chǎn) 品 ,1991 年 11 月被美國(guó)通用汽車公司 EDS 分部并入。UG由它的獨(dú)立子公司 UnigraphicsSolutions 開發(fā) , 適用于航空、汽車、通用機(jī)械和模具的設(shè)計(jì)、分析以及制造工程，是一個(gè)集 CAD/CAM/CAE 于一體的機(jī)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(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線型和表面功能模塊結(jié)合在一起 ,同時(shí)還提供了二次開發(fā)工具 GRIP、 ITK,用戶還可以擴(kuò)展 UG 的功能。 （ 2） AutoCAD AutoCAD 是美國(guó) Autodesk 公司開發(fā)的目前全世界應(yīng)用最廣泛的 CAD 軟件 ,占據(jù)整個(gè) CAD/CAE/CAM 市場(chǎng)的 37%,在二維制圖軟件市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。是一個(gè)具有交互式以及強(qiáng)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(biāo)注和二次開發(fā)等 ,同時(shí)還具有部分三維功能。 （ 3） Pro/Engineer Pro/Engineer 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 (簡(jiǎn)稱 PTC)開發(fā)的產(chǎn)品。 Pro/Engineer 的整個(gè)系統(tǒng)時(shí)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和完整而多樣的模型上 ,因?yàn)樗卸鄠€(gè)模塊可供用戶選擇和使用 ,故能將整個(gè)設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)過程集成一起。 Pro/E 具有參數(shù)化設(shè)計(jì)、特征設(shè)計(jì)的實(shí)體造型和移植設(shè)計(jì)思想的特點(diǎn) ,該軟件用戶界面新 穎 ,非常符合工程技術(shù)人員的機(jī)械設(shè)計(jì)思想。在最近幾年 Pro/E 已成為三維機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域里最具魅力的軟件 ,在中國(guó) 夾 具加工工廠得到了非常廣泛的應(yīng)用。 夾具參數(shù)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 近年來參數(shù)化的設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)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(xué)工程碩士學(xué)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(guó)內(nèi)外對(duì)于基于 UG 平臺(tái)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(gè)夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng) CAD— MFS，并將其用于生產(chǎn)實(shí)踐。該系統(tǒng)采用下拉式菜單進(jìn)行夾具元件的選擇和組裝。但是該系統(tǒng)不支持網(wǎng)絡(luò)化管理、不能對(duì)夾具進(jìn)行誤差檢查以及沒有實(shí)現(xiàn)夾具零件的參數(shù)化。 通過對(duì) CAD/CAM 軟件調(diào)查和其實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀研究不難看出 國(guó)內(nèi)對(duì)于基于 UG 的專用夾具 CAD 的開發(fā)少之又少， 其中相當(dāng)一部分是為 模具開發(fā) 的 。 西安理工大學(xué)的王輝基于 UG的模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工研究 ； 東北大學(xué)林冬玲基于 UG 冷沖模造型的研究 ； 南昌大學(xué)的蔡厚道基于 UG 平臺(tái)的機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)研究 等。 鑒于以上關(guān)于機(jī)床夾具二次研究少的現(xiàn)狀， 本課題開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)是在成熟的 UG 軟件上進(jìn)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(qiáng)的互換性和直觀性，用戶操作簡(jiǎn)單，無需大量時(shí)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(píng)價(jià)一個(gè)軟件的基本標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)友好的用戶操作界面包括 :使用簡(jiǎn)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(cuò)處理。 遵循軟件工程基本方法 軟件工程是引導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)以及維護(hù)的工程科學(xué)。即采用工程原理、技術(shù)以及方法來用開發(fā)和維護(hù)軟件。工程將采用生命周期法在時(shí)間上對(duì)軟件的開發(fā)和維護(hù)實(shí)行分解 ,把軟件的生存期限劃分為幾個(gè)階段 ,分階段開發(fā)。 參數(shù)化 對(duì)于系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化高的產(chǎn)品 ,設(shè)計(jì)所用的數(shù)學(xué)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(shè)計(jì)中取不同值所造成的。對(duì)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(yīng)的變量替換 ,根據(jù)這些已知 條件及基本參數(shù) ,計(jì)算機(jī)自動(dòng)查找圖形的數(shù)據(jù)庫(kù) ,或相應(yīng)的軟件計(jì)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(shè)計(jì)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(shù)使零件分成有限的零件庫(kù) ,根據(jù)零件族中子零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開發(fā)相應(yīng)的 CAD通用軟件 ,使用在該族所有零件的設(shè)計(jì) ,這就是 “ 成組 CAD” 。 智能化 CAD 在工程設(shè)計(jì)中會(huì)有一部分工作是不需要計(jì)算性的 ,只 需要進(jìn)行推理和判斷就能完成的 ,包括設(shè)計(jì)過程中內(nèi)容的過程和具體方案設(shè)計(jì)的技術(shù)決策 。所以 ,設(shè)計(jì)的效率和實(shí)際的質(zhì)量在很大程度上都取決于設(shè)計(jì)者的工作責(zé)任心、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造性思維。采用智能專家系統(tǒng)就可以幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行下一步任務(wù) ,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(duì)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(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。智能化 CAD 其實(shí)就是把智能專家系統(tǒng)以及 CAD 技術(shù)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(yùn)行環(huán)境設(shè)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(tái)下，利用 UG軟件的二次開發(fā)功能來完成所研究?jī)?nèi)容，并進(jìn)一步開發(fā)相 應(yīng)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(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展 趨勢(shì) ， CAD/CAM 軟件 相關(guān)知識(shí) ， CAD/CAM 二次 開發(fā)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 。 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(shù)基礎(chǔ)。 第三章， 針對(duì) UG 二次開發(fā)的系統(tǒng)界面進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，主要包括了環(huán)境變量的設(shè)沈陽理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 10 置，用戶自定義菜單的設(shè)計(jì)和自定義對(duì)話框的定義，為后面的程序參數(shù)化 建模做鋪墊 ，同時(shí) 介紹了 數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)、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(xì)介紹了參數(shù)化建模的過程。 第五章， 本章是課題的另一個(gè)重點(diǎn)，主要功能是實(shí)現(xiàn) 夾具體的 自動(dòng)裝配。結(jié)合實(shí)例闡述了一個(gè)專用夾具裝配的全過程。 結(jié)論部分對(duì)全文內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì) 研究成果及不足做出說明。 UG 二次開發(fā)運(yùn)行環(huán)境設(shè)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(kù)服務(wù)器、 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及客戶機(jī)組成 。 （ 2） 服務(wù)器操作系統(tǒng) ： Windows 2021 Server； （ 3） 客戶機(jī)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(kù)： 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(shù)的 相關(guān)知識(shí)、 夾具 CAD/CAM 開發(fā)技術(shù)在以后的發(fā)展趨勢(shì)。 最后確定本課題章節(jié)安排及運(yùn)行環(huán)境設(shè)置 。 第 2 章 UG 二次開發(fā)工具簡(jiǎn)介 11 第 2 章 UG 二次開發(fā)工具 簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)在 UG環(huán)境下手動(dòng)操作的所有基本功能。 表 UG/Open開發(fā)工具