基于Solidworks的夾具設(shè)計

摘 要 傳統(tǒng)的夾具設(shè)計方式已成為企業(yè)中產(chǎn)品快速上市的瓶頸，企業(yè)迫切需要提高夾具設(shè)計的效率。通過調(diào)查、比較和分析各類CAD軟件在國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀，從開發(fā)的難易程度、可移植性、易維護(hù)性等方面考慮，選定以三維設(shè)計軟件Solidworks作為開發(fā)平臺，設(shè)計三爪卡盤夾具，并應(yīng)用軟件較大的裝配功能對夾具進(jìn)行虛擬裝配，使設(shè)計效率大大的提高，同時在Solidworks中建立的夾具設(shè)計思路在其他軟件中應(yīng)用也是互通的。

關(guān)鍵詞 夾具；Solidworks；計算機(jī)輔助夾具設(shè)計

中圖分類號 TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）112-0096-02

夾具是工藝裝備的一個重要組成部分，應(yīng)用十分廣泛，其設(shè)計與制造水平直接影響了產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備周期和加工成本，因而越來越受到企業(yè)的關(guān)注。

在批量生產(chǎn)中，工件的裝夾是通過機(jī)床夾具來實現(xiàn)的。機(jī)床夾具是工藝系統(tǒng)的重要組成部分，它在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。大量三維實體造型軟件崛起，如Pro/E、UG、SolidWorks、Solidedge等，推動了設(shè)計領(lǐng)域的新革命。由于這些三維軟件，不僅僅可創(chuàng)建三維實體模型，還可利用設(shè)計出三維模型進(jìn)行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機(jī)構(gòu)分析、動態(tài)干涉檢查、動力學(xué)分析、強(qiáng)度分析等，機(jī)床夾具設(shè)計也由原先的二維平面設(shè)計向著三維化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，三維夾具CAD的開發(fā)受到了普遍關(guān)注，并取得了較快的進(jìn)展。

結(jié)合專用夾具設(shè)計的復(fù)雜性、高精度性等特點，采用了易學(xué)易懂的SolidWorks三維實體造型軟件來實現(xiàn)設(shè)計過程。SolidWorks是完全基于Windows的三維CAD/CAE/CAM軟件。它采用與UG相同的底層圖形核心Parasolid，具有強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化實體建模能力，然而要使SolidWorks軟件真正為我國企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，必須使其國產(chǎn)化、專業(yè)化。

1 夾具的設(shè)計和發(fā)展方向

1.1 夾具概述

夾具是在切削加工中，用以準(zhǔn)確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊的工藝裝備。它的主要作用是：可靠的保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。因此，夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。

1.2 使用夾具的目的

一般來說，使用夾具的目的可以歸納為如下四個方面：

1）使用夾具可以穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，使用夾具所能保證的是工件加工表面的位置精度。

2）使用夾具可以提高生產(chǎn)率。

3）使用夾具可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍。

4）使用夾具可以改善操作者的勞動條件。

1.3 專用夾具及其設(shè)計要求

專用夾具是指僅僅適用于某一工件的一道或數(shù)道工序的加工而專門設(shè)計的夾具。當(dāng)工件結(jié)構(gòu)變更或工序內(nèi)容變更時，都可能使此夾具失去應(yīng)用價值。由于這類夾具不需要考慮其通用性，所以夾具結(jié)構(gòu)可以設(shè)計得較簡單、緊湊，且定位結(jié)構(gòu)的精度可以提高，還可以采用各種省力、傳力機(jī)構(gòu)，使操作快捷、方便。采用專用夾具，可以得到較高的定位精度和較高的生產(chǎn)效率。

專用夾具的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：

1）保證工件的加工精度。專用夾具應(yīng)有合理的定位方案，標(biāo)注合適的尺寸、公差和技術(shù)要求，并進(jìn)行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。

2）提高生產(chǎn)效率。應(yīng)根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小設(shè)計不同復(fù)雜程度的高效夾具，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。

3）工藝性好。專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和維修。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)。當(dāng)最終精度由調(diào)整或修配保證時，夾具上應(yīng)設(shè)置調(diào)整或修配結(jié)構(gòu)，如設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整間隙，采用可修磨的墊片等。

4）使用性好。專用夾具的操作應(yīng)簡便、省力、安全可靠，排屑應(yīng)方便，必要時可設(shè)置排屑機(jī)構(gòu)。

5）經(jīng)濟(jì)性好。除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡單、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、成本低廉外，還應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 機(jī)床夾具的發(fā)展方向

1）功能柔性化。

2）結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。

3）精密化。

4）高效、自動化。

2 Solidwork概述

2.1 Solidworks的介紹

在眾多的三維CAD軟件中，solidworks一直以其優(yōu)良的性能，不斷創(chuàng)新的技術(shù)成為CAD市場上最活躍的3D軟件之一。

solidworks軟件是面向產(chǎn)品級的機(jī)械設(shè)計工具，它全面采用非全約束的特征建模技術(shù)，為設(shè)計師提供了極強(qiáng)的設(shè)計靈活性。其設(shè)計過程的全相關(guān)性，使得設(shè)計師可以在設(shè)計過程的任何階段修改設(shè)計，同時牽動相關(guān)部分的改變。

在裝配設(shè)計，特別是大型裝配的情形下，solidworks設(shè)計了具有獨創(chuàng)性的“封套”功能，分塊處理復(fù)雜裝配體。裝配設(shè)計中的“產(chǎn)品配置功能”，為用戶設(shè)計不同“構(gòu)型”的產(chǎn)品提供了解決方案，同時為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實施打下了堅實的基礎(chǔ)。

2.2 SolidWorks軟件的特點

1）第一個在Windows操作系統(tǒng)下開發(fā)的CAD軟件采用Windows系列，與Windows系統(tǒng)全兼容，是Windows的OLE/2產(chǎn)品。

2）菜單少，使用直觀、簡單，界面友好。SolidWorks一共只有60幾個命令，其余所有命令與Windows命令是相同的；下拉菜單一般只有二層，圖形菜單設(shè)計簡單明快，非常形象化，一看即知。系統(tǒng)的所有參數(shù)設(shè)置全部集中在一個選項（option）中，容易查找和設(shè)置。動態(tài)引導(dǎo)具有智能化，一般情況下無須用戶去修改。特征樹獨具特色，實體及光源均可在特征樹中找到，操作特征非常方便。裝配約束所有的概念非常簡單且容易理解。實體的建模和裝配完全符合自然的三維世界。對實體的放大、縮小和旋轉(zhuǎn)等操作全部是透明命令，可以在任何命令過程中使用，實體的選取非常容易、方便。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口豐富，轉(zhuǎn)換成功率高。SolidWorks支持的標(biāo)準(zhǔn)有：IGES、DXF、DWG、SAT（ACSI）、STEP、STL、ASC或二進(jìn)制的VDAFS（VDA，汽車工業(yè)專用）、VRML、Parasolid等，且與CATIA、Pro/Engineer、UG、MDT、Inventor等設(shè)有專用接口。SolidWorks與I-DEAS、ANSYS、Pro/Engineer、AutoCAD等之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換均非常成功、流暢。

4）獨特的配置功能。SolidWorks允許建立一個零件而有幾個不同的配置（Configuration），這對于通用件或形狀相似零件的設(shè)計，可大大節(jié)約時間。

5）特征管理器。特征管理器（PropertyManager）是SolidWorks的獨特技術(shù)，在不占用繪圖區(qū)空間的情況下，實現(xiàn)對零件的操縱、拖曳等操作。

6）自上而下的裝配體設(shè)計技術(shù)（top-to-down）。目前只有SolidWorks提供自上而下的裝配體設(shè)計技術(shù)，它可使設(shè)計者在設(shè)計零件、毛坯件時于零件間捕捉設(shè)計關(guān)系，在裝配體內(nèi)設(shè)計新零件、編輯已有零件。

7）比例縮放技術(shù)?？梢越o模具零件在X、Y、Z方向給定不同的收縮而得到模具型腔或型芯。

8）曲面設(shè)計工具。用SolidWorks，設(shè)計者可以創(chuàng)造出非常復(fù)雜的曲面，如：由兩個或多個模具曲面混合成復(fù)雜的分型面。設(shè)計者亦可裁減曲面、延長曲面、倒圓角及縫合曲面。

3 Solidworks軟件在三維夾具設(shè)計中的應(yīng)用

SolidWorks提供了一個先進(jìn)的設(shè)計環(huán)境，在其中可通過直接圖形操作來創(chuàng)建和改變模型。構(gòu)建的所有模型都包含基本的結(jié)構(gòu)屬性：特征、零件、組件。特征包括基準(zhǔn)、拉伸、孔、倒圓角、倒角、曲面特征、切口、陣列、掃描等。一個零件可包含多個特征。通過選取對象，然后選擇工具對該對象進(jìn)行操作。在SolidWorks參數(shù)化環(huán)境下可以對已建立的夾具零部件隨意進(jìn)行修改，大大提高了設(shè)計效率。

自頂向下設(shè)計方法用于設(shè)計歷經(jīng)頻繁設(shè)計修改的產(chǎn)品。由底向上設(shè)計是用戶從元件級開始分析產(chǎn)品，然后向上設(shè)計到主組件。此方法適用于設(shè)計相似產(chǎn)品或不需要進(jìn)行頻繁修改的產(chǎn)品。在工裝設(shè)計中，與產(chǎn)品零件直接發(fā)生關(guān)系或相互之間影響尺寸、形狀、位置關(guān)系的非標(biāo)件的建立要采用自頂向下設(shè)計，而標(biāo)準(zhǔn)件可通過從底向上的設(shè)計方法加入到裝配中來。通過在機(jī)床夾具的設(shè)計過程中充分應(yīng)用solidworks軟件進(jìn)行三維建模與裝配設(shè)計，能直觀、準(zhǔn)確地反映零、組件的形狀和裝配關(guān)系，使設(shè)計中的修改編輯更加可靠、快速，解決了二維軟件設(shè)計容易出現(xiàn)的裝配干涉、圖形與實際尺寸不符等問題。不僅提高了機(jī)床夾具設(shè)計質(zhì)量和水平，而且還縮短了夾具的設(shè)計制造周期，為企業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品提供了有力的保障，從而為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)利益。

4 結(jié)論

本文主要是利用Solidworks軟件用于機(jī)床夾具輔助設(shè)計，建立了通用機(jī)床夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫，數(shù)據(jù)庫和模型庫，給基于Solidworks軟件的計算機(jī)輔助三維夾具設(shè)計人員提供了技術(shù)支持，在一定程度上減少了夾具標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)查找和繪圖工作，并能提高夾具設(shè)計，制造和裝配效率，減少重復(fù)勞動。機(jī)床夾具三維模型的應(yīng)用提高了企業(yè)和企業(yè)之間的圖像信息交流的速度和效率，這樣的設(shè)計方法在其它機(jī)構(gòu)設(shè)計中具有普遍的應(yīng)用意義和推廣價值。

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