基于NX的夾具設計系統(tǒng)的研究與開發(fā)

張越強

摘要：夾具設計系統(tǒng)作為CAD系統(tǒng)的重要分支，也隨著經(jīng)濟的發(fā)展，得到了廣泛應用。市場需求使產(chǎn)品的設計周期越來越短，很多設計生產(chǎn)型企業(yè)為滿足市場需求，運用新夾具設計方法，使夾具設計質(zhì)量與生產(chǎn)效率對產(chǎn)品的生產(chǎn)具有重要作用。因此夾具設計系統(tǒng)應運而生。本文主要論述了夾具的概念、組成及分類、夾具的設計步驟、夾具設計系統(tǒng)的構(gòu)建方法。

關鍵詞：基于NX；夾具設計系統(tǒng)；研究與開發(fā)

引言

伴隨世界經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，企業(yè)之間的競爭越來越激烈，迅速滿足客戶的個性化產(chǎn)品需求，對企業(yè)來說變得更加重要。很多企業(yè)為滿足客戶的需求，逐漸重視對制造業(yè)具有重要作用的夾具設計，夾具設計水平的高低決定了其所加工成品的加工效率與加工質(zhì)量。對于我國目前的工業(yè)化水平，夾具設計周期占產(chǎn)品生產(chǎn)準備周期的很大比例，夾具的設計質(zhì)量和設計效率對產(chǎn)品設計生產(chǎn)周期具有較大限制性作用，市場的千變?nèi)f化使企業(yè)對夾具設計和制造的要求不斷提高，良好的夾具設計系統(tǒng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量、高效生產(chǎn)產(chǎn)品、低成本制造產(chǎn)品方面具有促進作用，它方便工人掌握復雜產(chǎn)品或精密產(chǎn)品的加工技術，運用夾具設計系統(tǒng)是使產(chǎn)品以最短時間迅速占領市場的重要措施之一。

1.夾具的概念、組成及分類

夾具是一種機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。夾具的各元件將所運用的刀具、機床及工件組合為一個整體，按照各元件在夾具上作用的不同，可以把夾具元件分成夾緊機構(gòu)、定位裝置、安裝裝置幾個重要組成部分。夾具可以分為焊接夾具、機床夾具、裝配夾具、熱處理夾具及檢驗夾具。以常見的機床夾具為例子，機床夾具是加工機械產(chǎn)品過程中按照工藝要求，可以在機床上固定及夾緊刀具、工件，方便機械加工的輔助性裝置。夾具能夠使工件根據(jù)產(chǎn)品工藝要求做出準確定位，并把產(chǎn)品固定與確定位置，確保工件加工符合設計要求。夾具能夠提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率，確保工件定位精度，改善工人的操作條件，擴大機床應用范圍。夾具主要有定位裝置、安裝裝置、夾緊機構(gòu)、刀具元件及夾具體組成。機床夾具有很多種分類方式：根據(jù)其動力源可以分為氣動夾具、手動夾具及液壓夾具；根據(jù)其使用特征可以分為專用夾具、普通夾具、組合夾具及可調(diào)節(jié)夾具；根據(jù)運用的機床可以分為磨床夾具、鏜床夾具、銑床夾具、鉆床夾具及車床夾具。

2.夾具的設計步驟

設計夾具第一步要先明確其工藝要求與生產(chǎn)條件，研究與收集有關資料，例如：裝配圖、毛坯圖等，再分析零部件結(jié)構(gòu)特征及作用，歸納工件技術要求，掌握毛坯精度與材料，掌握零件切削用量與工序安排，了解使用機設備性能參數(shù)、掌握要運用量具、刀具及對應的用刀方法；第二步要制定結(jié)構(gòu)建設方案，充分做好第一步中的各項準備工作后，需要擬定夾具結(jié)構(gòu)方案，具體要先確定加工對象定位方法，選取用于定位的元件，確定夾具安裝方法與裝夾方案，選定裝夾元件、夾緊裝置，制定裝夾方案與夾緊方法，確定夾具體整體結(jié)構(gòu)；第三步，繪制草圖，具體好繪制夾具總布置圖、確定技術要求及尺寸公差等。

3.夾具設計系統(tǒng)的構(gòu)建

夾具設計系統(tǒng)的零件庫可以替代大量繁瑣重復的工作，大大降低夾具設計工作量，使設計人員能夠?qū)Ｐ难芯繆A具創(chuàng)新工作，夾具設計系統(tǒng)使夾具的制造、設計及校驗充分結(jié)合到一起，突破以往傳統(tǒng)設計制造程序，優(yōu)化設計方案，快速完成夾具設計工作。夾具設計系統(tǒng)可以分成四個部分，分別是夾具元件的選擇和設計、夾具編碼系統(tǒng)、夾具完成后的處理、夾具組裝。夾具編碼系統(tǒng)運用人機對話窗口將零件信息與夾具信息輸入進去，運用數(shù)據(jù)處理獲得夾具編碼，進而搜索到對應的夾具。夾具組裝是按照夾具所選擇的元件及夾具組裝規(guī)則組裝能夠滿足設計要求的夾具。夾具元件的選擇和設計是用零件族與參數(shù)化的方法選取夾具上的其他零部件。夾具處理是把設計好或組裝好的夾具進行夾緊力計算或精度分析，當夾具滿足設計要求后再把夾具或設計模塊放入夾具庫或零件庫中。夾具設計系統(tǒng)設計思路是了解夾具傳統(tǒng)設計法與夾具模塊化設計思路前提下形成的。模塊化設計指把具有特殊功能組件進行規(guī)范化，讓它們成為不同模塊，進而在設計夾具過程中可以靈活的組裝，變成夾具的關鍵組成部分。模塊主要有總成模塊、部件模塊和零件模塊三級。每種模塊都有區(qū)別與其他模塊的標識代碼。夾具系統(tǒng)中非常重要的組成部分之一是分類編碼系統(tǒng)，編碼系統(tǒng)是夾具設計規(guī)范化的關鍵技術手段，它在工廠設計、制造管理編碼技術方面具有重要意義。本文所講的編碼方法是根據(jù)子類別碼、類別碼及參數(shù)碼劃分的。設計夾具所耗用的總時間里，標準件設計會占用很大一部分，所以要快速完成夾具設計工作，一定要構(gòu)建夾具標準件庫。零件庫通常都是根據(jù)國家標準而建立的，零件畫法、結(jié)構(gòu)、標記及尺寸都要根據(jù)國家標準進行繪制。建立夾具零件庫要全面考慮現(xiàn)代夾具設計的標準件庫要求，運用NX軟件的建模方案構(gòu)建夾具標準件。構(gòu)建標準件的常用方法主要有表達式的電子表格法、用戶定義向?qū)?、宏技術建立零件庫。信息知識庫能夠代替夾具設計要運用的工具手冊，并獲得一些新的夾具設計經(jīng)驗，知識信息庫通常有知識庫與信息庫兩部分。知識庫就是設計夾具過程中要用到的各類手冊，信息苦苦庫就像是設計夾具總結(jié)的經(jīng)驗。知識信息庫能夠滿足夾具設計對信息與知識的需求。夾具設計子系統(tǒng)由知識信息庫與夾具零件庫組成。子系統(tǒng)中所含有的各庫具有緊密練習，該系統(tǒng)主要是把夾具設計和知識信息緊密聯(lián)系到一起，給操作者設計夾具提供指導。具體要先分析工藝要求與零件圖紙，然后結(jié)合信息知識庫中的信息選取定位元件、定位方式，在確定夾緊處的夾緊機構(gòu)，最后選取元件庫的元件。

4.系統(tǒng)功能的研究與實現(xiàn)

系統(tǒng)運用當下比較流行的NX軟件作為開發(fā)基礎，運用NX的CAE、CAM部分構(gòu)建了夾具校驗子系統(tǒng)，運用NX的三維建模方法建立三維夾具庫、全息零件庫，系統(tǒng)開發(fā)中運用了NX 的二次開發(fā)工具使開發(fā)出的操作界面與 NX 傳統(tǒng)界面一致，系統(tǒng)開發(fā)過程中運用了微軟的VC++等軟件、ACCESS 桌面數(shù)據(jù)庫，采用OPEN/UG和特征建模結(jié)合的辦法構(gòu)建標準件庫。ACCESS 桌面數(shù)據(jù)庫具有完備的數(shù)據(jù)庫管理功能，可以有效組織數(shù)據(jù)，管理用戶，并進行安全檢查。與此同時，夾具信息知識庫給設計者提供有效的知識信息和豐富的設計經(jīng)驗，給夾具可靠、高效的設計提供支持。因為夾具設計系統(tǒng)大量的運用成熟技術，所以，大大地縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。

5.結(jié)束語

夾具是一種特殊產(chǎn)品，夾具的設計、生產(chǎn)和安裝均需要設計人員具有豐富知識、較高的設計技巧。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，未來的夾具設計系統(tǒng)會向系列化、精密化、高效化方向發(fā)展，如何快速設計夾具設計系統(tǒng)已經(jīng)成為夾具設計新的研究方向，本文基于NX的夾具設計正是這種方向的體現(xiàn)。

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