基于Pro/E的機(jī)床夾具三維設(shè)計研究

劉尚坤

LIU Shang-kun

（華北電力大學(xué) 科技學(xué)院 機(jī)械工程系，保定 071051）

0 引言

機(jī)床夾具設(shè)計是機(jī)械制造過程中技術(shù)準(zhǔn)備的一個重要環(huán)節(jié)。當(dāng)今多品種、小批量的生產(chǎn)需求，使得夾具設(shè)計也由原來的平面設(shè)計向著三維化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。而在夾具設(shè)計過程中標(biāo)準(zhǔn)件的數(shù)量占到30%～70%[1]，因此建立夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫對快捷方便的設(shè)計夾具具有重要意義。Pro/E軟件是基于特征的參數(shù)化實體建模設(shè)計工具，還提供了豐富的二次開發(fā)方法，如族表(Family Table)，程序(Pro/Program)，用戶自定義特征(UDF)，Pro/Toolkit，J-Link等，為快速設(shè)計提供了解決方案。

1 機(jī)床夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建

夾具中使用的零件通常分為六大類：基礎(chǔ)件、定位件、夾緊件、緊固件、支承件和導(dǎo)向件，而定位、夾緊、對刀、導(dǎo)向和連接元件等通常都采用標(biāo)準(zhǔn)件。

Pro/E軟件中的族表功能可以方便地設(shè)計具有相同或相近結(jié)構(gòu)的零件，又被稱為表格驅(qū)動零件[2]。適合機(jī)床夾具標(biāo)準(zhǔn)零件具有重復(fù)性高、相似性大的設(shè)計特點和需求。

以活動V型塊為例，介紹在Pro/E中創(chuàng)建族表的方法：1）首先通過草繪、拉伸等建立活動V型塊的普通模型，分別選中關(guān)鍵尺寸、點擊右鍵在名稱文本框中輸入將來族表各字段要顯示的名稱；2）選擇菜單工具→族表→插入列，用鼠標(biāo)依次點擊各個關(guān)鍵尺寸，導(dǎo)出族表的9個參數(shù)字段N、B、H、L0、L、L1、B1、B2和B3；3）輸入其他各行參數(shù)尺寸數(shù)據(jù)（也可用已有表格數(shù)據(jù)粘貼），如圖1所示，單擊校驗按鈕，顯示成功，確保已輸入的數(shù)據(jù)能夠再生并保存；4)若存在二級控制參數(shù)可建立二級族表（如相同直徑螺栓的長度控制），方法是先選中族表中的一行，然后單擊菜單插入→插入實例層表→再選取二級族表參數(shù)字段并輸入各行數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)也可以導(dǎo)出用Excel進(jìn)行編輯。圖2中V型塊是采用族表控制各尺寸得到的。

圖1 族表數(shù)據(jù)

圖2 部分標(biāo)準(zhǔn)件

根據(jù)以上步驟，將鉆模、銑夾具和鏜模等夾具所用的各種常用件、標(biāo)準(zhǔn)件建立零件族表零件庫，如圖2中的部分標(biāo)準(zhǔn)件實例。雖然創(chuàng)建零件模型庫的工作量很大，但在以后做夾具設(shè)計時，只需打開調(diào)用即可，非常方便。

2 夾具體和非標(biāo)準(zhǔn)零件的建模

夾具中除各種標(biāo)準(zhǔn)件外，還通常使用少量非標(biāo)準(zhǔn)專用件，常見的有夾具體、鉆模板等。夾具的通用性不同、復(fù)雜尺度不同決定了這些非標(biāo)件的通用程度不一樣：有些夾具所加工工件結(jié)構(gòu)和工藝很特殊，此時非標(biāo)件只能單獨設(shè)計；有些非標(biāo)件除某些局部結(jié)構(gòu)不同外，總體結(jié)構(gòu)在一定程度上具有較大的相似性，此時可建立典型結(jié)構(gòu)夾具體庫，當(dāng)設(shè)計夾具體時，從庫中調(diào)出相似零件，并對某些特征進(jìn)行必要的修改和增刪以便適用[3]；另外還有一些非標(biāo)件各種特征結(jié)構(gòu)基本相同，只是大小和位置不同，其結(jié)構(gòu)相對簡單且具有通用性，故可以通過Pro/E的編程功能實現(xiàn)程序化設(shè)計(Pro/Program)，這是因為Pro/E軟件在最初建立模型時，有一個記錄該模型所有特征建立過程、參數(shù)設(shè)置、尺寸及關(guān)系式等內(nèi)容的記錄文件，即Pro/Program，它由五部分組成：標(biāo)題、輸入、關(guān)系式、添加特征和質(zhì)量程序。它是由類似的高級語言構(gòu)成的，用戶可以根據(jù)設(shè)計需要來編輯該模型的程序，系統(tǒng)運行該程序后，可以通過人機(jī)交互的方法來控制系統(tǒng)參數(shù)、特征出現(xiàn)與否、特征的具體尺寸等。

如圖3所示某固定式鉆模板為例，通常固定式鉆模板通過定位銷和螺釘與夾具體相連，又要安裝襯套和緊釘螺釘?shù)取D4列出了控制其結(jié)構(gòu)參數(shù)的程序，包括結(jié)構(gòu)尺寸、位置，尺寸之間關(guān)系，螺紋孔特征是否出現(xiàn)等，按設(shè)計意圖輸入?yún)?shù)，可生成與圖3結(jié)構(gòu)相似的鉆模板。

圖3 鉆模板結(jié)構(gòu)

圖4 鉆模板控制程序

3 夾具的裝配

在Pro/E中，零件裝配是通過定義參與裝配的各個零件之間的裝配約束來實現(xiàn)的，也就是先建立各個零件之間的連接關(guān)系，并對其相互位置進(jìn)行約束，從而確定各零件在空間的相當(dāng)位置關(guān)系，目的可以檢查零件之間是否有干涉、零件模型尺寸和公差的正確性、裝配體的運動情況是否合乎設(shè)計要求等。在組件裝配中有自底向上和自頂向下的兩種裝配方式保證裝配模型和零件設(shè)計完全相關(guān)。

根據(jù)夾具結(jié)構(gòu)特點，在總體裝配中通常可以采用自底向上裝配建模方法，可按零件→組件→部件→產(chǎn)品的順序完成裝配操作，也可直接將組件(部件或零件)裝配到零件上得到產(chǎn)品，不同的裝配方案將影響裝配效率。以圖5中的鉆模板為例，先新建一個總裝配件，然后按照夾具體、支承板、V型塊、鉆模板和夾緊裝置等的總體順序結(jié)構(gòu)依次插入已存在的零部件，利用匹配、對齊、相切和固定等約束類型確定各零件之間的相對位置關(guān)系，最終完成鉆模的總體裝配。裝配完成之后，可以觀看自動生成的爆炸圖，也可以自己創(chuàng)建裝配模型的爆炸圖。

圖5 鉆模裝配圖

4 結(jié)束語

利用Pro/E自帶的族表功能與程序設(shè)計功能，

能夠簡單又方便實現(xiàn)夾具標(biāo)準(zhǔn)件與非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計，同時又不需要其他相關(guān)二次開發(fā)語言的背景與經(jīng)驗。建立的零件模型庫，給機(jī)床夾具三維設(shè)計提供極大方便，避免設(shè)計員的重復(fù)勞動，節(jié)省時間，通過合理選擇通用件，可迅速進(jìn)行模擬裝配，對不合理的裝配結(jié)構(gòu)及時調(diào)整更改，縮短了夾具設(shè)計周期，提高了工作效率。

[1] 竇巖平,吳風(fēng)林.Pro/E三維技術(shù)在工裝設(shè)計中的應(yīng)用與開發(fā)[J].機(jī)械管理開發(fā),2006,12:96-98.

[2] 詹友剛.Pro/ENGINEER中文野火版3.0高級應(yīng)用教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[3] 岳陸游,胡天策,儲亞峰.基于Pro/E三維夾具設(shè)計研究[J].機(jī)械工程師,2006,3:107-109.

[4] 方坤禮,蔣曉英.基于Pro/e的機(jī)床夾具虛擬設(shè)計技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動化,2009,03:127-129.