【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)CIMIS。這個(gè)概念來(lái)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CIMIS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， CIMIS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。而要在產(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(yǔ)義信息。 參數(shù)化建模：1）構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)象的參數(shù)化模型2）建立參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，是設(shè)計(jì)自動(dòng)化的所采用的關(guān)鍵技術(shù)之一。：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)。通改變尺寸的數(shù)值，能夠決定另部件更新后的形狀。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。，但是在1997年SDRC在它的IDEAS系統(tǒng)中推出變量化技術(shù)，變量化技術(shù)是將沒有明確定義的草圖尺寸當(dāng)作變量存儲(chǔ)起來(lái)，暫時(shí)以當(dāng)前的繪制尺寸復(fù)值，這樣不影響草圖生成特征，以及以后的裝配工作。 變量化造型理論傳統(tǒng)的參數(shù)化建模中草圖必須是完全定義的，但是在1997年SDRC在它的IDEAS系統(tǒng)中推出變量化技術(shù)，變量化技術(shù)是將沒有明確定義的草圖尺寸當(dāng)作變量存儲(chǔ)起來(lái)，暫時(shí)以當(dāng)前的繪制尺寸賦值，這樣不影響草圖生成特征，以及以后的裝配工作。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，幾何約束較尺寸約束更加直觀，更加富有工程意義。 實(shí)體建模1. “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(wú)質(zhì)量；同時(shí)，實(shí)體具有“內(nèi)部”和“外部”。2. 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。3. 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。 組合夾具元件幾何建模常用方法 目前采用Solid Works 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法有兩大類。第一類是采用基Solid Works軟件進(jìn)行二次開發(fā)的方法實(shí)現(xiàn)，既可以采用宏技術(shù)，利用宏通過內(nèi)部編程操作 Solid Works對(duì)象，然后利用VC/VB 等語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。也可以采用尺寸驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用尺寸驅(qū)動(dòng)原理，采用外部編程實(shí)現(xiàn)Solid Works 對(duì)象的操作，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。第二類是靈活應(yīng)用Solid Works軟件本身的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。這兩種參數(shù)化設(shè)計(jì)方法各有千秋，軟件二次開發(fā)的 方法對(duì)零件特征提取的要求相對(duì)較低，軟件功能強(qiáng)大，使用方便，效率高，對(duì)操作者的水平要求不高，但是軟件開發(fā)工作量大，軟件修改維護(hù)不便。采用 Solid Works軟件本身的功能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)操作者的水平要求較高，對(duì)零件特征提取要求高，使用比較方便，不需要軟件開發(fā)，非常便于修改、維 護(hù)和擴(kuò)展。組合夾具構(gòu)件庫(kù)和夾具實(shí)例庫(kù)建立的基礎(chǔ)是組合夾具元件庫(kù)，因此首先分析一下組合夾具元件庫(kù)的建立方法。對(duì)于幾何特征的自動(dòng)建模，三維 CAD軟件一般都為用戶提供了下述三種開發(fā)方法： 1．系列零件設(shè)計(jì)表技術(shù) 系列零件設(shè)計(jì)表，在一些系統(tǒng)中又被稱為簇表。它為一個(gè)系列的零件提供關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。這種技術(shù)一般是由三維CAD軟件本身提供的。對(duì)于一個(gè)模板文件，如果要生成系列零件設(shè)計(jì)表，則必須在模板中定義想要生成配置的名稱，指定要控制的參數(shù)，并為每個(gè)參數(shù)分配數(shù)值。以下是生成系列零件設(shè)計(jì)表的兩種方法： 1）作為一個(gè)獨(dú)立的操作，在 Excel中生成系列零件設(shè)計(jì)表工作表。保存此工作表，然后將其插入模型文件以生成配置；2）在模型中插入一個(gè)新的、空白的系列零件設(shè)計(jì)表，然后直接在工作表中輸入系列零件設(shè)計(jì)表資料。當(dāng)完成輸入系列零件設(shè)計(jì)表資料后，模型中會(huì)自動(dòng)生成新的配置。在 SolidWorks2004中基于系列零件設(shè)計(jì)表的圖形如圖21所示。 圖 21 Solid Works中系列零件設(shè)計(jì)表2．宏技術(shù) 所謂宏技術(shù)建模就是從內(nèi)部編程角度操作三維軟件提供的API對(duì)象，然后利用語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模。比如六角頭螺栓的模型，首先，建立一個(gè)六角頭螺栓的CAD模型，錄制其繪制過程，建立宏文件（即內(nèi)部編程）。然后用變量代替宏文件中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如螺紋規(guī)格、螺紋長(zhǎng)度、六角頭厚度、圓角半徑等等，而這些變量的數(shù)據(jù)來(lái)源即為螺栓數(shù)據(jù)庫(kù)中的某種螺栓類型數(shù)據(jù)表。這樣 就可以利用語(yǔ)言編程方便地來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化造型。這種方法的缺點(diǎn)是使零件模型與語(yǔ)言程序混在一起，不能實(shí)現(xiàn)用戶自己添加元件，建庫(kù)柔性差，元件庫(kù)的維護(hù)人員要求較高。3．尺寸驅(qū)動(dòng)原理 尺寸驅(qū)動(dòng)原理從外部編程角度操作三維CAD軟件提供的API對(duì)象，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模。尺寸驅(qū)動(dòng)原理如圖 所示。夾具元件參數(shù)化過程也就是將夾具元件圖形模型進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)的過程，其中尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)名稱的自動(dòng)提取是這一技術(shù)的難點(diǎn)，但這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零件模型與語(yǔ)言程序的有效分離，使它們之間的耦合性變小，可以實(shí)現(xiàn)用戶自己添加元件，建庫(kù)方便，柔性高，對(duì)維護(hù)人員要求不高。從實(shí)用性和有效性的角度考慮，本文應(yīng)用尺寸驅(qū)動(dòng)原理對(duì)組合夾具元件庫(kù)進(jìn)行開發(fā)。 組合夾具元件幾何建模的關(guān)鍵技術(shù) 組合夾具元件的自動(dòng)幾何建模原理 組合夾具元件自動(dòng)幾何建模主要基于三維造型中的尺寸驅(qū)動(dòng)原理。尺寸驅(qū)動(dòng)原理最初是由美國(guó)麻省理工大學(xué) D .C. Gossand 教授在 20 世紀(jì) 70年代末提出用要求日益增強(qiáng)，這一新技術(shù)正在逐步發(fā)展成熟。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Solid Works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。其驅(qū)動(dòng)的原理圖如圖22所示。 → （a）零件模板 （b）參數(shù)化零件圖22 尺寸驅(qū)動(dòng)原理圖 基于Solid Works配置技術(shù)的組合夾具參數(shù)化設(shè)計(jì)（1）應(yīng)用Solid Works配置功能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本思路　　配置是Solid Works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壓縮或隱藏特征來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相近或相似的系列零件和裝配體方案，并對(duì)它們分別命名，來(lái)快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。也可以通過系列零件設(shè)計(jì)表來(lái)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)。同樣，將具有配置屬性的零件裝配在一起，通過定義各個(gè)零件的不同配置，就可以實(shí)現(xiàn)不同的裝配體設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)。顯然這種設(shè)計(jì)方法不需要多次造型、修改零件或多次裝配，節(jié)約了涉及間，提高了效率。（2）基于配置技術(shù)的組合夾具元件參數(shù)化設(shè)計(jì)　　組合夾具元件，按其用途不同，可分為八大類：基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、其它件和合件等。本小節(jié)主要以基礎(chǔ)件為例來(lái)說明組合夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程。具體設(shè)計(jì)步驟如下：1)基本零件設(shè)計(jì)與尺寸和特征命名用 Solid Works設(shè)計(jì)圖24所示基礎(chǔ)件的三維圖形，為了便于識(shí)別和管理系列零件，可以給主要特征和尺寸專門命名。例如在標(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字，如圖24中的基礎(chǔ)板寬、基礎(chǔ)板厚等。另外也可以在特征樹中為拉伸、切除和線形陣列等特征命名，中橫T形槽陣列等。 配置1 配置2 配置3 配置4　　圖24基礎(chǔ)板部分配置零件閣　2) 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。如圖25 所示，在A3 中輸入配置名稱，在田、C3 、D3…等欄中輸入不同的參數(shù)數(shù)據(jù)，就可以生成配置1 ，同理可以生成A4 ，A5 , A6…等不同配置，不同配置就表示系列化零件之一?！　D25 所示的系列零件設(shè)計(jì)表類似于數(shù)據(jù)庫(kù)中的一張表，AAAA6 表示實(shí)體，B、C、D等字段表示屬性，零件的不同配置就是表中的紀(jì)錄。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)組合夾具元件的參數(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)。本文通過改變參數(shù)值生成了4個(gè)配置，零件設(shè)計(jì)表如圖25所示?！　D25系列零件設(shè)計(jì)表　　3) 系列零件顯示建立了零件設(shè)計(jì)表后，點(diǎn)擊Configuration Manager 設(shè)計(jì)樹，就會(huì)顯示基礎(chǔ)板的不同配置如圖26所示。在圖26所示窗口中雙擊不同的配置名可以顯示相應(yīng)配置的零件，具體操作結(jié)果如圖24所示?！?　　圖26 配置表（3）基于配置技術(shù)的組合夾具參數(shù)化設(shè)計(jì)　　組合夾具是由組合夾具元件裝配而成的，將具有配置屬性的零件裝配在一起，通過選擇各個(gè)零件的不同配置，同樣可以進(jìn)行裝配體的配置設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)組合夾具的參數(shù)化設(shè)計(jì)。具體操作過程如下?！　?) 建立組合夾具新建裝配體，通過配合功能將基礎(chǔ)板和支承裝配起來(lái)。　　2) 上述裝配體中已經(jīng)建立一個(gè)默認(rèn)配置，在Configuration Manager 設(shè)計(jì)樹中右擊頂端的文件名稱圖標(biāo)，從快捷菜單中選擇[添加配置]命令，建立一個(gè)組合1 的配置，默認(rèn)[添加配置]對(duì)話框中的其他選項(xiàng)，單擊[確認(rèn)]按鈕(依照同樣方法，建立不同的配置)?！　?) 新添加的配置組合1 為當(dāng)前激活的配置，在Feather Manager 設(shè)計(jì)樹中可看到該裝配體的零件組成。4) 可通過改變零件基礎(chǔ)板或支承的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)新的配置，如右擊基礎(chǔ)板文件名，選擇[屬性]命令，在屬性窗口中只需要選擇基礎(chǔ)板的不同配置，同樣可以選擇支承的配置，從而組成一個(gè)新的裝配體。重復(fù)上述過程，即可實(shí)現(xiàn)組合夾具的參數(shù)化設(shè)計(jì)。若要修改組合夾具，既可以通過修改元件，也可以在裝配體中直接修改。如圖27 所示?！　　D27裝配體組合配置1從上述方法可以看出，靈活運(yùn)用Solid Works的配置功能，可以很方便地實(shí)現(xiàn)系列組合夾具的參數(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(lái)更新設(shè)計(jì)，太太節(jié)約了設(shè)計(jì)人員的精力、時(shí)間、降低了企業(yè)產(chǎn)品的戚本。同時(shí)，所建立的夾具元件庫(kù)和夾具庫(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。 基于特征的夾具元件庫(kù)的建立組合夾具有槽系和孔系兩個(gè)系列。槽系是指組合夾具組件主要靠槽來(lái)定位和堅(jiān)固。而孔系是指組合夾具組件主要靠孔來(lái)定位和堅(jiān)固。槽系組合夾具又分為大、中、小三個(gè)系列，以適應(yīng)各種不同工廠加工大、中、小類零件的需要。各系列組合夾具分為幾大類，每類有不同品種，每個(gè)品種有不同規(guī)格。如中型槽系組合夾具:分為八大類，100個(gè)品種，800多個(gè)規(guī)格?？紫到M合夾具，分為微、小、中、大、四個(gè)系列，每個(gè)系列分為五大類。槽系和孔系組合夾具各有優(yōu)缺點(diǎn)。槽系組合夾具主要靠槽來(lái)定位，且元件品種數(shù)量多，組裝靈活性較好，但裝配過程中需要較多的測(cè)量和調(diào)整，裝配工作高度依賴于經(jīng)驗(yàn)和技巧，組裝時(shí)難度大、費(fèi)時(shí)?？紫到M合夾具元件剛度高，制造和材料成本低，組裝時(shí)間短，定位可靠，但裝配靈活性差。因此，在當(dāng)前制造業(yè)中，是孔系和槽系并存的局面。本章介紹槽系組合夾具元件建庫(kù)。組合夾具元件按品種建模，同品種不同規(guī)格元件通過參數(shù)表自動(dòng)生成。同時(shí)為自動(dòng)生成組合夾具裝配圖中要求的組合夾具元件明細(xì)表，在品種屬性中加入自定義屬性以生成用戶元件明細(xì)表模板。下面以平偏心鍵為例說明品種建模過程。（1）組合夾具元件建模a 打開該品種零件圖 圖28 添加自定義屬性b文件，屬性，進(jìn)入屬性對(duì)話框。c選自定義屬性菜單，輸入要添加屬性的名稱、類型、數(shù)值見圖28。d建立組合夾具元件庫(kù)新建組合夾具元件庫(kù)目錄，如E:/組合夾具元件庫(kù)。在其下按類建立子目錄，將品種按類存入即可得到組合夾具元件庫(kù)。 建立組合夾具元件庫(kù)模板所謂模板是具有屬性的，參數(shù)化的，大小可變的三維幾何實(shí)體。組合夾具元件模板即為帶有屬性的，參數(shù)化的組合夾具元件圖形。它可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)幾何建模。元件模板的參數(shù)分為主參數(shù)和輔助參數(shù)。主參數(shù)是指決定元件幾何形狀的關(guān)鍵幾何參數(shù)；輔助參數(shù)是指由主參數(shù)通過一定的方程式?jīng)Q定的其他幾何參數(shù)。輔助參數(shù)的值可由主參數(shù)的值決定。一般三維CAD軟件都提供了對(duì)輔助參數(shù)設(shè)定方程式的功能，在建立組合夾具元件模板時(shí)，可以充分利用這一功能，這樣可以使得建立的模板參數(shù)數(shù)據(jù)冗余最少，可大大減少系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也可提