【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (1)節(jié)約夾具設(shè)計(jì)制造工時(shí)和材料(相對(duì)專用夾具)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率(相對(duì)鉗工劃線加工)。 (2)提高中小型企業(yè)的工藝裝備系數(shù):中小型企業(yè)技術(shù)力量較薄弱，工藝裝備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力不足。 (3)縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期:縮短80%以上。 (4)保證產(chǎn)品質(zhì)量，解決技術(shù)關(guān)鍵。生產(chǎn)中時(shí)常由于夾具設(shè)計(jì)制造不良，造成加工零件的報(bào)廢。組合夾具具有可以重新組裝和局部調(diào)整的特點(diǎn)，即使出現(xiàn)上述的報(bào)廢情況，也完全可以補(bǔ)救。2 機(jī)床夾具庫(kù)的建立 引言隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，工程師們已經(jīng)習(xí)慣的二維設(shè)計(jì)正在被三維設(shè)計(jì)所取代。目前最典型的三維設(shè)計(jì)工具有 UG、Pro/E、SolidWorks、Solid Edge等，它們已經(jīng)成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。但是這些軟件雖然提供了一些常用的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，但是都沒有提供夾具設(shè)計(jì)的參數(shù)化、用戶可方便自擴(kuò)充的元件庫(kù)。這樣，對(duì)于夾具設(shè)計(jì)人員，就常常因?yàn)闆]有夾具元件庫(kù)，而要進(jìn)行很多不必要的重復(fù)繪圖工作，大大降低了設(shè)計(jì)人員的工作效率。因此在CAD系統(tǒng)上建立一套用戶自己維護(hù)的參數(shù)化的機(jī)床夾具元件庫(kù)，可以滿足設(shè)計(jì)人員快速設(shè)計(jì)的需求。本章主要介紹以SolidWorks軟件為平臺(tái)建立夾具元件庫(kù)?；赟olidWorks的建模，并利用Excel建立系列零件設(shè)計(jì)表，形成不同的配置。對(duì)機(jī)床夾具按定位、夾緊、用途等進(jìn)行分類，以便有效的管理。 夾具幾何建模介紹三維建模系統(tǒng)分為自由建模和CAD建模兩大類。目前CAD建模的主流技術(shù)是特征技術(shù)。特征（feature）來源于制造工程應(yīng)用。在如何確定CAD造型基本方法的過程中，有一種很重要的推動(dòng)力量，即計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)CIMS。這個(gè)概念來自1978年一個(gè)美國(guó)博士生論文。然后這個(gè)概念成為制造領(lǐng)域信息化和自動(dòng)化技術(shù)開展的基本風(fēng)向標(biāo)。在CIMS提出之前，制造領(lǐng)域已經(jīng)開始信息化進(jìn)程，但是由于各個(gè)職能部門的行為方式和價(jià)值取向的差異，導(dǎo)致了在信息化過程中各自為戰(zhàn)的狀況，即所謂的“自動(dòng)化孤島”。世界上許多知名的制造企業(yè)雖然花費(fèi)大量資金用于辦公、設(shè)計(jì)和制造的自動(dòng)化，但是由于缺乏統(tǒng)一的信息共享和行為協(xié)同機(jī)制，雖然各個(gè)部門內(nèi)部的自動(dòng)化程度和工作效能提高很多，但整體運(yùn)行效果不佳， CIMS就是針對(duì)這種狀況，提出在信息共享和行為協(xié)同等方面改進(jìn)和指導(dǎo)企業(yè)信息化的方式， CAD作為產(chǎn)品創(chuàng)新的工具系統(tǒng)，其生成的 CAD模型是企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的基本數(shù)據(jù)依據(jù)，因此CAD成為信息共享和行為協(xié)同產(chǎn)品的核心。在產(chǎn)品全生命周期實(shí)現(xiàn)信息共享，突破由于部門分割造成的認(rèn)知差異， CAD模型必須具備廣泛的工程語義信息。 參數(shù)化建模實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心技術(shù)是：構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)象的參數(shù)化模型；建立參數(shù)驅(qū)動(dòng)。參數(shù)化方法是產(chǎn)品模型修改和變量設(shè)計(jì)的需要，是設(shè)計(jì)自動(dòng)化所采用的關(guān)鍵技術(shù)之一。非參數(shù)化建模器和參數(shù)化建模的主要區(qū)別在于：在非參數(shù)化建模器中，幾何圖形控制尺寸，尺寸只是對(duì)形狀的測(cè)量，由于形狀固定，后續(xù)不能再進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng)變更；在參數(shù)化建模器中，尺寸控制幾何圖形。尺寸不僅僅只是對(duì)形狀測(cè)量的一個(gè)結(jié)果，更是一個(gè)驅(qū)動(dòng)參數(shù)。通過改變尺寸的數(shù)值，能夠決定部件更新后的形狀?；谔卣鞯膮?shù)化建模十分有利于設(shè)計(jì)意圖的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)的初始階段，對(duì)于尺寸不是敏感的，必然要通過后期大量的實(shí)驗(yàn)或者設(shè)計(jì)驗(yàn)證才能得到一個(gè)精確的模型，這期間對(duì)原始模型需要進(jìn)行大量的修改?；谔卣鞯膮?shù)化建模，允許設(shè)計(jì)人員返回到以前的步驟編輯草圖或者修改尺寸，這種思路正符合設(shè)計(jì)人員原本的思考方法。 變量化造型理論變量化技術(shù)與參數(shù)化技術(shù)的區(qū)別在于變量化技術(shù)可以支持幾何實(shí)體之間的幾何約束關(guān)系的描述，因此在變量化技術(shù)中，可以通過尺寸和幾何約束共同完成草圖的約束和定義，幾何約束比尺寸約束更加直觀，更加富有工程意義。 實(shí)體建模實(shí)體模型有別于傳統(tǒng)的2D繪圖或者3D曲面CAD模型，因?yàn)閷?shí)體模型是對(duì)象的集合，而每個(gè)對(duì)象又都是獨(dú)立的主體。實(shí)體包含有關(guān)信息，能標(biāo)識(shí)具有質(zhì)量的獨(dú)立對(duì)象，即實(shí)體是具有質(zhì)量的，而現(xiàn)框、曲面均無質(zhì)量；同時(shí)，實(shí)體具有“內(nèi)部”和“外部”。實(shí)體建模的優(yōu)點(diǎn)是可以確定材料的特性。 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)著當(dāng)前零部件的結(jié)構(gòu)、特征，通過計(jì)算即可獲得大量實(shí)體特征參數(shù)，例如總質(zhì)量，內(nèi)部體積等。采用實(shí)體建模還能執(zhí)行很多其他的功能，如有限元分析、動(dòng)力學(xué)分析等。 基于SolidWorks的夾具建模SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件是一個(gè)基于特征，參數(shù)化，實(shí)體建模的設(shè)計(jì)工具。利用SolidWorks，可以創(chuàng)建全相關(guān)的三維實(shí)體建模，設(shè)計(jì)過程中，實(shí)體之間可以存在或者不存在約束關(guān)系；同時(shí)，可以利用自動(dòng)的或用戶定義的約束關(guān)系來體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。 基于特征 正如裝配體是由許多單獨(dú)的零件組成的一樣，SolidWorks中的模型是由許多單獨(dú)的元素組成，這些元素被稱為特征。在進(jìn)行零件或者裝配體建模時(shí)，SolidWorks軟件使用智能化的，易于理解的幾何體創(chuàng)建特征，特征創(chuàng)建后就可以應(yīng)用于零件中。SolidWorks中的特征可以分為草圖特征和應(yīng)用特征； 草圖特征：基于二維草圖的特征，通常該草圖可以通過拉伸，旋轉(zhuǎn)，掃描或者放樣轉(zhuǎn)換為實(shí)體。 應(yīng)用特征：直接創(chuàng)建在實(shí)體模型上的特征。例如圓角和倒角就是這種類型的特征。SolidWorks軟件在一個(gè)被稱為FeatureManager設(shè)計(jì)樹的特殊窗口中顯示模型的特征結(jié)構(gòu)。FeatureManager設(shè)計(jì)樹不僅可以顯示特征創(chuàng)建的順序，而且可以使用戶很容易地得到所有特征的相關(guān)信息。 SolidWorks中的參數(shù)化用于創(chuàng)建特征的尺寸與幾何關(guān)系，可以被記錄并保存于設(shè)計(jì)模型中。這不僅可以使模型充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員的實(shí)際意圖，而且還能快速而容易地修改模型。尺寸驅(qū)動(dòng)：是創(chuàng)建特征時(shí)所用的尺寸，包括與繪制幾何體相關(guān)的尺寸和特征自身相關(guān)的尺寸。所謂尺寸驅(qū)動(dòng)思想通俗的講指正式圖或徒手勾畫的圖，一經(jīng)標(biāo)注尺寸后，允許任意修改尺寸值，繪圖系統(tǒng)自動(dòng)保持圖形與最新尺寸保持一致的圖形編輯方法。其中，操作對(duì)象是尺寸值， 而操作結(jié)果是圖形的變換，這種方法顯然是與傳統(tǒng)的繪圖過程截然不同的全新思路。尺寸驅(qū)動(dòng)過程是指在零件幾何特征不變的約束下，把零件的尺寸參數(shù)作為尺寸驅(qū)動(dòng)變量，給定尺寸驅(qū)動(dòng)變量的值，即可生成相應(yīng)參數(shù)的零件的過程。 每一類零件對(duì)應(yīng)一個(gè)零件模板，在模板中定義尺寸變量和變量之間的尺寸約束關(guān)系。目前SolidWorks支持尺寸驅(qū)動(dòng)的思想，在繪制圖形的時(shí)候只要修改相應(yīng)的繪圖尺寸，就可以修改圖形。幾何關(guān)系：草圖幾何體之間的平行，相切，同心等信息。以前這類信息是通過特征控制符號(hào)在工程圖中表示出來的。通過草圖中的幾何關(guān)系，SolidWorks可以在模型設(shè)計(jì)中完全體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。 SolidWorks實(shí)體建模 實(shí)體建模是CAD系統(tǒng)中所使用的最完整的幾何模型類型。它包含了完整描述模型的邊和表面所必需的所有線框和表面幾何信息。除了幾何信息外，還包括了把這些幾何體關(guān)聯(lián)到一起的拓補(bǔ)信息，比如：哪些面相交于哪條邊或者曲線。這些智能信息使一些操作變得很簡(jiǎn)單，例如圓角過渡，只需選一條邊并指定圓角的半徑值就可以完成。 SolidWorks夾具庫(kù)的建立建立夾具標(biāo)準(zhǔn)元件的圖形庫(kù)，對(duì)提高夾具設(shè)計(jì)效率起著至關(guān)重要的作用。運(yùn)用SolidWorks提供的基于特征實(shí)體的建模功能，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)零件的三維模型設(shè)計(jì)，并按其形狀、尺寸分別建立參數(shù)化模型庫(kù)。設(shè)計(jì)者調(diào)用時(shí)，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需要，對(duì)模型庫(kù)零件的形狀和尺寸參數(shù)做出相應(yīng)的修改，就可以獲得所需標(biāo)準(zhǔn)件三維實(shí)體模型。 夾具元件庫(kù)的建立 標(biāo)準(zhǔn)夾具庫(kù)的建立過程如下: 設(shè)置目錄，首先建立機(jī)床夾具庫(kù)的根目錄，在此根目錄下，再建立各類標(biāo)準(zhǔn)夾具元件的子目錄。如在F盤里新建文件夾，命名為“機(jī)床夾具庫(kù)”。在“機(jī)床夾具庫(kù)”這個(gè)文件夾里再分別建立一些文件夾如：導(dǎo)向件、通用件、基礎(chǔ)件、壓緊件、其他鍵、支承件等。如圖21所示： 圖21 建立庫(kù) 圖22 SolidWorks設(shè)計(jì)庫(kù)也可以在SolidWorks的設(shè)計(jì)庫(kù)中直接創(chuàng)建，如圖22和圖23所示： 圖23 創(chuàng)建設(shè)計(jì)庫(kù)點(diǎn)擊“確定”后就在如圖22中顯示機(jī)床夾具庫(kù)。 添加庫(kù)元件打開一個(gè)已經(jīng)存在的圖形，選擇文件另存為在“機(jī)床夾具庫(kù)”中相應(yīng)的文件夾里或者直接選擇“添加到庫(kù)”然后保存就可以了。如下面的實(shí)例：畫出一個(gè)“V型墊板”如圖24所示，然后選擇“添加到庫(kù)”。在“機(jī)床夾具庫(kù)”中選擇“支承件”，然后保存。如圖25所示。 圖24 V型墊板 圖25 添加到庫(kù) 也可以直接選擇文件另存為F盤“機(jī)床夾具庫(kù)”中“支承件”中，就可以了。如圖26，保存V型墊板到支承件文件夾。 圖26 添加V型墊板到庫(kù) 對(duì)夾具進(jìn)行分類管理機(jī)床夾具，按照用途和定位方式，可以分為很多類型。所以在夾具庫(kù)中，要對(duì)夾具按照定位，夾緊方式等進(jìn)行分類管理。以便夾具設(shè)計(jì)人員，很方便的找到所需的圖形。在本設(shè)計(jì)中，列出了一些常用的夾具元件，分為以下幾種：每種類型中，列出了一些常用的夾具元件。如圖27所示： 圖27 常用的夾具元件示意圖在平常的設(shè)計(jì)中，總是會(huì)遇到很多不同的零部件具有相似的特征，這些零部件可能是相似的零件，也可能不是相似的零件，但他們都具有相同的特征，并且這些特征或者特征組經(jīng)常被反復(fù)使用，比如軸的退刀槽、凹凸盤上的整列孔等。SolidWorks提供了特征庫(kù)的功能，在設(shè)計(jì)零件時(shí)，如果我們需要把一個(gè)特征或者特征組保存成庫(kù)特征，只需要選擇相應(yīng)的特征或特征組，單擊【文件】另存為命令，在文件類型選項(xiàng)選擇Lib Feat PaIt(*．sldlprt)格式，并保存在相應(yīng)文件夾中，設(shè)計(jì)零件時(shí)，打開設(shè)計(jì)庫(kù)，選擇需要的庫(kù)特征，把它從特征庫(kù)內(nèi)拖拽到圖形窗口中零件的相應(yīng)位置，還可以根據(jù)不同的需要修改相應(yīng)的參數(shù)就可以完成需要多步才能完成的特征，減少一些重復(fù)性的勞動(dòng)，加快設(shè)計(jì)速度。 通過正確的使用SolidWorks的這些設(shè)計(jì)庫(kù)，可以給設(shè)計(jì)者一個(gè)思路，拋磚引玉，建立適合自己的一個(gè)設(shè)計(jì)庫(kù)，減少不必要的重復(fù)性勞動(dòng)，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。 SolidWorks配置技術(shù)配置是SolidWorks軟件的一個(gè)重要功能，實(shí)現(xiàn)配置的方法之一就是通過插入系列零件設(shè)計(jì)表來控制系列零件的尺寸值，從而生成不同的配置，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。 主要特征和尺寸命名主要特征和尺寸專門命名。在標(biāo)定尺寸時(shí)，用戶可以自己定義尺寸名稱，具體實(shí)現(xiàn)方式是右擊尺寸，在屬性窗口中更改名稱。圖28所示圖28 更改尺寸屬性 建立系列零件設(shè)計(jì)表 建立系列零件表：在Feather Manager 設(shè)計(jì)樹選項(xiàng)中右擊注解文件夾，選擇顯示特征尺寸選項(xiàng)，然后在工具欄中選擇“插入—系列零件設(shè)計(jì)表”，在系列零件設(shè)計(jì)表窗口中選擇自動(dòng)生成，雙擊需要系列化的尺寸就生成一個(gè)配置。也可以使用Excel來建立參數(shù)表，然后插入，自動(dòng)生成不同的配置。如下面的實(shí)例所示：以縱槽鉆模板為例，新建Excel表格，輸入?yún)?shù)。并更改尺寸屬性。如圖29所示， 圖29 縱槽鉆模板系列零件設(shè)計(jì)表　　因此通過配置建立系列零件設(shè)計(jì)表，就相當(dāng)于建立了該零件的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過選取、修改、增加數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。如果元件不同配置的特征稍有差別，還可以通過壓縮、隱藏特征的功能實(shí)現(xiàn)。 生成配置在SolidWorks中選擇“插入”“系列零件設(shè)計(jì)表”中“來自文件”如圖210所示，然后在繪圖空白出，點(diǎn)擊鼠標(biāo)生成配置。如圖211所示。圖210插入系列零件設(shè)計(jì)表 圖211 生成配置 顯示配置建立了零件設(shè)計(jì)表生成配置后，點(diǎn)擊Configuration Manager 設(shè)計(jì)樹，就會(huì)顯示不同配置如圖212所示。點(diǎn)擊右鍵選擇“顯示配置”就可以看到參數(shù)化的圖形。圖212顯示配置本例中形成的配置如圖213如下：配置Z436120 配置Z436125 配置Z436130 配置Z436135 圖213 生成的配置從上述方法可以看出，靈活運(yùn)用SolidWorks的配置功能，可以很方便地實(shí)現(xiàn)系列夾具的參數(shù)化設(shè)計(jì)，而且產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、編輯、修改等很容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)人員可以通過改變某些參數(shù)而不必改動(dòng)元件設(shè)計(jì)的全過程來更新設(shè)計(jì)，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)人員的精力、時(shí)間、降低了企業(yè)產(chǎn)品的成本。同時(shí)，所建立的夾具元件庫(kù)對(duì)自動(dòng)化或系列化生產(chǎn)的機(jī)械制造企業(yè)，建立自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造具有實(shí)用參考價(jià)值。 SolidWorks在夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用通過對(duì)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)，管理等方面的探討，對(duì) SolidWorks軟件在夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有了更多的理解和掌握。 隨著機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代的不斷加快，多品種小批量生產(chǎn)，要求夾具的設(shè)計(jì)制造具有快速響應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，能夠縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期，增加制造系統(tǒng)的柔性，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。但是，由于夾具標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化程度差，夾具設(shè)計(jì)完全依賴設(shè)計(jì)員的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快導(dǎo)致夾具設(shè)計(jì)工作量不斷加大。如果只是利用二維軟件來進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，僅僅起到計(jì)算機(jī)輔助制圖的作用，不能將以往產(chǎn)品夾具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)重復(fù)利用，不僅影響企業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，對(duì)企業(yè)資源也是一種極大的浪費(fèi)