工裝設(shè)計校驗(yàn)及優(yōu)化技術(shù)研究

陳蘭新

貴陽萬江航空機(jī)電有限公司 貴州 貴陽 550018

引言

從改革開放至今，我國社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，在此背景下國內(nèi)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，在工裝定位精度以及裝夾穩(wěn)定程度等方面，人們提出更高要求。為將工裝設(shè)計校驗(yàn)精確性和技術(shù)水平提升到更高層次，應(yīng)該通過應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目的，此為工件發(fā)展與時代進(jìn)步的必經(jīng)之路。

一、工裝設(shè)計校驗(yàn)及優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)

(一)系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計。針對工裝設(shè)計校驗(yàn)以及優(yōu)化技術(shù)，全面探析其系統(tǒng)性能與需求，通?？蓪烧叩南到y(tǒng)功能分為三個模塊，一是工裝設(shè)計，二是工裝校驗(yàn)，三是工裝資源管理。在此基礎(chǔ)上，開展分析與探究工作。就工裝設(shè)計而言，所設(shè)計的主要內(nèi)容包括工裝底板與工裝墊塊等。然后是工裝校驗(yàn)，所檢驗(yàn)的主要內(nèi)容為工裝設(shè)計合理與否，不僅通過一面兩孔方式的應(yīng)用對幾何精度校驗(yàn)以及工裝穩(wěn)定性進(jìn)行定位，而且合理評價工件表面最大變形。除此之外，從工裝資源管理的角度來講，往往以系統(tǒng)的不同資源為對象，在整合的同時加強(qiáng)管理，包括工裝標(biāo)件與工裝仿真設(shè)備等。

(二)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

1.工裝元件快速設(shè)計的實(shí)現(xiàn)。為針對工裝元件，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計和校驗(yàn)，科學(xué)合理應(yīng)用CAA，此為一項(xiàng)二次開發(fā)技術(shù)，提供方是CATIAV5軟件。此軟件一般應(yīng)用兩種形式，一種是工具條，另一種是菜單，由此在CATIA之中，實(shí)現(xiàn)對工裝設(shè)計快速設(shè)計和檢驗(yàn)需要組件的集成。根據(jù)工裝元件快速設(shè)計模塊實(shí)際情況來看，所包括的部分主要有底板設(shè)計和刀元件設(shè)計等，因此為實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能，應(yīng)該逐一實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)子功能。以刀元件設(shè)計等為對象，為將其實(shí)現(xiàn)，可逐次選擇裝配點(diǎn)與具體元件等。

2.工裝資源管理的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榭梢酝昝廊诤蟄G和NX Open兩種技術(shù)開發(fā)軟件，所以在本文中，通過UGNX所提供二次開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工裝資源管理能力。將服務(wù)端確定為資源管理平臺，組件庫、用戶自建庫、仿真設(shè)備庫以及工裝實(shí)例庫等構(gòu)成了資源庫，并且任何一個資源庫都具有一個文件，用來儲存資源庫中的資源記錄。用戶在具體應(yīng)用時，只需輸入相關(guān)關(guān)鍵字，然后點(diǎn)擊檢索，便會在搜索結(jié)果列表中顯示系統(tǒng)中全部與檢索要求相符的記錄。如果缺乏限定檢索條件，那么系統(tǒng)會默認(rèn)顯示三項(xiàng)內(nèi)容，一是專業(yè)名稱，二是類別，三是代號。隨便點(diǎn)擊一個記錄，便會在詳細(xì)信息框內(nèi)呈現(xiàn)關(guān)乎這一記錄的詳細(xì)信息，主要包括功能和代號等。不僅可以利用關(guān)鍵字進(jìn)行搜索，也能夠通過分類導(dǎo)航這一方式的應(yīng)用完成查詢，也就是按分類、專業(yè)分類與元件名稱順序，在資源庫目錄中逐步檢索，從而發(fā)現(xiàn)相關(guān)工件或者是實(shí)際案例。

二、數(shù)控薄壁工件裝夾變形

(一)工裝結(jié)構(gòu)影響裝夾穩(wěn)定性。在工件工裝期間，一個十分重要的問題是裝夾穩(wěn)定性可否與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。因?yàn)楦黜?xiàng)因素的影響和約束，比如設(shè)計人員所具備的能力與技術(shù)等，現(xiàn)如今在判斷工裝加工穩(wěn)定性方面存在較大難度，通常設(shè)計人員難以在第一時間觀察到工裝設(shè)計不穩(wěn)定狀況。在判斷工件裝夾穩(wěn)定性時，應(yīng)該考慮兩方面的內(nèi)容，一項(xiàng)為工裝結(jié)構(gòu)，另一項(xiàng)為加工切削點(diǎn)受力的實(shí)際狀況。除此之外，還應(yīng)該估算加緊點(diǎn)相互之間的距離，認(rèn)真、詳細(xì)檢查各項(xiàng)性能和參數(shù)，主要包括夾緊布局均勻與否、支撐元件數(shù)目以及輔助支撐點(diǎn)是否充足等。通過相對模糊方法的應(yīng)用，也就是以工件信息與定位布局等為切入點(diǎn)，探究工裝結(jié)構(gòu)對工件裝夾穩(wěn)定性所造成的影響[1]。由相關(guān)計算方法和公式可以看出，隨著夾緊布局密度提高，支撐點(diǎn)最小距離平均值和夾緊點(diǎn)最小距離平均值等均逐步減小。由此可知，對于同類或是雷同工件而言，與模糊分析法相關(guān)的夾緊布局等對裝夾穩(wěn)定性所造成的影響較為相似。

(二)加工精度改進(jìn)措施。因?yàn)榍邢鲄?shù)密和加工精度以及工裝等級息息相關(guān)，并且切削力受到切削厚度和速度的影響，因此以刀具路徑為依據(jù)，對切削厚度加以改變，從而控制薄壁變形。與此同時，通過逆銑走刀的應(yīng)用實(shí)施切削，能夠在一定程度上強(qiáng)化工件加工精確性。要控制夾緊變形，應(yīng)該以數(shù)控薄壁件的特征為依據(jù)，首先確保工裝穩(wěn)定性，然后使其始終處于變形臨界值之中，同時以工裝布局支撐點(diǎn)和夾緊點(diǎn)為對象，使兩者相對應(yīng)，進(jìn)一步有效控制夾緊變形。

從工裝設(shè)計優(yōu)化角度來講，相關(guān)設(shè)計者有效改進(jìn)零件各方面，包括切削厚度、切削力以及刀具路徑等[2]。因切削力的存在，在切削過程中極易對被加工零件產(chǎn)生嚴(yán)重影響，使其發(fā)生移動，進(jìn)一步威脅切削加工精度。對此，應(yīng)該通過真空吸附夾具的應(yīng)用，并利用它和零件相互之間所產(chǎn)生的摩擦，由此減小甚至消除切削力，從而有效控制零件切削質(zhì)量，為使零件在切削期間保持穩(wěn)固狀態(tài)提供重要保障。除此之外，為真正通過優(yōu)化切削參數(shù)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)零件加工精度的目的，在切削過程中利用高速與小切削力這一加工方法。數(shù)控薄壁零件在改進(jìn)之后，顯著優(yōu)化切削加工以及工裝設(shè)計。而明顯提高工裝設(shè)計定位精確性、裝夾穩(wěn)定性等是最突出的表現(xiàn)。由此可知，為改進(jìn)薄壁零件加工精確性，優(yōu)化切削加工參數(shù)是一個非常有效的對策。

三、工裝設(shè)計檢驗(yàn)及優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢

(一)提高知識化程度。根據(jù)當(dāng)前CAFD系統(tǒng)的具體情況來看，大體局限在簡單工件的組合工裝設(shè)計，就復(fù)雜工件與工序的工裝設(shè)計而言，其設(shè)計精度與結(jié)構(gòu)設(shè)計均存在一定缺陷，仍舊需要長期探究專用工裝設(shè)計。在目前大部分工裝設(shè)計環(huán)節(jié)，扔欠缺對工藝知識的考慮，尚需加強(qiáng)對工裝設(shè)計檢驗(yàn)引進(jìn)工藝知識的探究。。(二)提升自動化水平?，F(xiàn)下，通過觀察圖形識別以及特征自動提取的具體情況可知，兩者的自動化程度都相對較低，正因如此，在自動化程度方面，不論是夾緊點(diǎn)確定還是夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計都有一定缺陷，為改進(jìn)與完善此種狀況，有必要加強(qiáng)人工干預(yù)，特別是工件特征識別，其難度更大。

(三)開發(fā)獨(dú)立的CAFD系統(tǒng)。當(dāng)前，相關(guān)關(guān)鍵的CAFD軟件平臺均呈現(xiàn)集成特征，一般集成于三維軟件平臺，比如UG與Solid Words等，現(xiàn)下成熟且獨(dú)立于商用CAD軟件的CAFD平臺比較缺乏。通過目前既有CAD平臺的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了簡化CAFD系統(tǒng)開發(fā)的目的，不過當(dāng)前CAD軟件的知識產(chǎn)權(quán)非常不利于平臺商業(yè)推廣[3]。而隨著我國社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，制造業(yè)發(fā)展速度不斷加快，日益提高對工裝設(shè)計的重視程度，進(jìn)一步將開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CAFD系統(tǒng)提上日程，通過軟件形式向工裝設(shè)計人員呈現(xiàn)一系列設(shè)計理論與工藝知識。

結(jié)束語

綜上所述，在本文中分析了工裝設(shè)計校驗(yàn)及優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)的功能設(shè)計和實(shí)現(xiàn)、數(shù)控薄壁工件裝夾變形、發(fā)展趨勢。影響工裝設(shè)計校驗(yàn)和工裝設(shè)計檢驗(yàn)精確性等的因素十分多樣，唯有通過科學(xué)有效應(yīng)用定位方式，合理進(jìn)行工裝布局，才可以盡量減輕與控制各項(xiàng)因素產(chǎn)生的影響，從根本上提升工裝設(shè)計校驗(yàn)精確性，并且才能使工件裝夾穩(wěn)定度與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相符?？偠灾?，不管是在目前的機(jī)械制造行業(yè)中還是未來的機(jī)械制造行業(yè)中，工裝設(shè)計校驗(yàn)及優(yōu)化技術(shù)都是一個非常關(guān)鍵的課題。