基于SolidWorks的零件族專用夾具的自設(shè)計(jì)研究

李 斌，張 政，胡 皓

(河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州451191)

德國阿亨工業(yè)大學(xué)曾在機(jī)床、發(fā)動(dòng)機(jī)、礦山機(jī)械、軋鋼設(shè)備、儀器儀表、紡織機(jī)械、水利機(jī)械和軍械等26個(gè)不同性質(zhì)的企業(yè)中選取了45 000種零件進(jìn)行了分析和研究，結(jié)果表明任何一種機(jī)械類產(chǎn)品中的組成零件都可分為3類:A類為復(fù)雜件或特殊件，B類為相似件，C類為簡單件或標(biāo)準(zhǔn)件.其中，B類在產(chǎn)品中的種類多、數(shù)量大，約占零件總數(shù)的70%，如各種軸、套、法蘭、支座、蓋板和齒輪等.這類零件的相似程度高、結(jié)構(gòu)(特征)相同或相近，僅尺寸、性能等參數(shù)不同［1］.

對(duì)B類零件的加工常采用成組技術(shù)規(guī)劃零件族，確定統(tǒng)一的生產(chǎn)工藝，用規(guī)?；a(chǎn)方式組織中小批量零件族中零件的生產(chǎn).在加工過程中，零件的加工工序安排幾乎相同，所需要的工藝裝備，特別是夾具也非常類似.因此，高效地設(shè)計(jì)適用于零件族的專用夾具，成為提高生產(chǎn)效率必須要解決的問題.

1 零件族及夾具結(jié)構(gòu)簡介

如圖1所示，某物流裝備中的連桿零件族由3個(gè)工件組成，除D1，D2兩個(gè)尺寸外(如圖2所示)，其余各部特征與尺寸完全相同.為高效地加工?10和?13這兩個(gè)相互垂直的孔，需要為該工序設(shè)計(jì)一套翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具，夾具的結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖1 零件族Fig.1 Part family

圖2 尺寸系列(單位:mm)Fig.2 Dimension series(unit:mm)

圖3 翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具Fig.3 Roll-over drill jig

夾具以定位銷7及其軸肩端面A對(duì)工件的?22孔和下端面進(jìn)行定位，其中短銷限制，端面A限制可調(diào)支撐釘15限制工件完全定位，滿足工藝要求［2］．限于篇幅，略去定位誤差分析．

從圖3可以看出，由于零件族中的3個(gè)工件僅有D1和D2的尺寸不同，所以夾具的組成元件除夾具體2外都可以通用.因此，在設(shè)計(jì)夾具的過程中，先以一個(gè)工件為原始依據(jù)，確定該工件夾具元件的所有尺寸.而對(duì)另外兩個(gè)工件，只需根據(jù)D1和D2的變化調(diào)整夾具體的相關(guān)尺寸，即可實(shí)現(xiàn)夾具的自設(shè)計(jì).對(duì)夾具體尺寸的調(diào)整，可以利用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks中的系列零件設(shè)計(jì)表來完成.

2 夾具的自設(shè)計(jì)

2.1 夾具建模

以工件1為原始依據(jù)，取D1=39.5 mm，D2=78 mm，確定夾具各元件的尺寸，在SolidWorks中建模［3］，如圖4所示.建模過程不再贅述.

圖4 翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具三維模型(單位:mm)Fig.4 Three-dimensionalmodule of the roll-over drill jig(unit:mm)

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化尺寸名稱

為方便識(shí)別尺寸，防止尺寸過亂造成錯(cuò)誤，將尺寸D1和D2的名稱改成標(biāo)準(zhǔn)的名稱，如圖5所示.點(diǎn)擊尺寸78(即D2)，出現(xiàn)尺寸對(duì)話框，在對(duì)話框中將主要值下的名稱改成“D2@草圖8”.用相同的方法將兩孔下端面距離的尺寸名稱改為“D1@基準(zhǔn)面1”.

2.3 建立系列零件設(shè)計(jì)表

將各尺寸名稱修改好后，可以插入系列化零件設(shè)計(jì)表.雙擊需要修改的尺寸，尺寸就被填入表格當(dāng)中.在本設(shè)計(jì)中，系列零件只需要修改“D2@草圖8”和“D1@基準(zhǔn)面1”這兩個(gè)尺寸，將這兩個(gè)尺寸填入Excel表格，并在表格中填入工件1(默認(rèn)工件)、工件2、工件3及其尺寸數(shù)據(jù)，保存后零件配置欄出現(xiàn)系列零件的配置，如圖6所示.

圖5 修改尺寸名稱Fig.5 Modification of the name of dimension

圖6 系列零件設(shè)計(jì)表Fig.6 Design list of series parts

2.4 夾具的自設(shè)計(jì)

工件兩孔中心距的變化會(huì)影響夾具體寬度的變化及支撐兩孔的兩凸臺(tái)中心距的變化，工件兩孔下端面的距離變化會(huì)影響夾具體高度的變化，即尺寸“D2@草圖8”會(huì)驅(qū)動(dòng)“D3@草圖5”和“D1@凸臺(tái)-拉伸1”，尺寸“D1@基準(zhǔn)面1”會(huì)驅(qū)動(dòng)“D3@草圖1”，如圖7所示.

分析圖中相關(guān)尺寸，可得出如下關(guān)系:

打開裝配體，將注解中的特征尺寸打開，通過工具欄調(diào)出方程式，點(diǎn)擊需要被驅(qū)動(dòng)的尺寸進(jìn)入方程式編輯，將關(guān)系式(1)、(2)、(3)填入方程式編輯表中.

在本次自設(shè)計(jì)中，以尺寸驅(qū)動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)的3個(gè)尺寸，其方程式如下:點(diǎn)擊確定后，夾具已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自設(shè)計(jì).以工件2為例，在裝配體中打開配置工件2，SolidWorks會(huì)自動(dòng)根據(jù)工件2的尺寸變化計(jì)算夾具相關(guān)尺寸的變化并生成新的模型.

工件2中尺寸“D2@草圖8”=100，“D1@基準(zhǔn)面1”=39.5(其他特征尺寸不變)，代入式(4)、(5)、(6)后，得出“D3@草圖1@8-夾具體＜1＞.Part”=119，“D3@草圖5@8-夾具體＜1＞.Part”=100，“D1@凸臺(tái)-拉伸1@8-夾具體＜1＞.Part”=202，最后得到夾具，如圖8所示.

圖7 尺寸關(guān)系Fig.7 Relationship of themeasure

圖8 工件2夾具自設(shè)計(jì)結(jié)果(單位:mm)Fig.8 Result jig of the self-design for part 2(unit:mm)

工件1和工件3的自設(shè)計(jì)過程與工件2一樣，設(shè)計(jì)結(jié)果見圖9和圖10，這里不再贅述.

圖9 工件1夾具自設(shè)計(jì)結(jié)果(單位:mm)Fig.9 Result jig of the self-design for part 1(unit:mm)

圖10 工件3夾具自設(shè)計(jì)結(jié)果(單位:mm)Fig.10 Result jig of the self-design for part 3(unit:mm)

3 結(jié)語

零件族中不同零件特征的相似性決定了其專用夾具結(jié)構(gòu)的相似性，可以在零件族中選取一種特征最全的零件為原型，以其為依據(jù)設(shè)計(jì)專用夾具并建立完善的三維數(shù)字模型.找出零件特征尺寸與夾具相關(guān)尺寸間的關(guān)系并建立方程式，將族中其他零件的相關(guān)特征尺寸輸入零件設(shè)計(jì)表，對(duì)夾具的三維數(shù)字模型進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)，即可完成零件族中所有零件專用夾具的自設(shè)計(jì).此方法可大大減少專用夾具的設(shè)計(jì)時(shí)間，縮短B類零件加工前的準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)效率.

［1］郭曉煒，王征，石秀華.基于SolidWorks的系列零件快速化設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械與電子，2006(5):15-16.

［2］于駿一，鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］張紅松，李寶峰，李斌，等.SolidWorks 2008從入門到精通［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.