基于實例的機床夾具設(shè)計系統(tǒng)及其夾具庫的研究與開發(fā)

唐小軍

摘 要：現(xiàn)階段，在機電產(chǎn)品當(dāng)中家具仍然占據(jù)重要地位，當(dāng)前量具和刀具已經(jīng)實現(xiàn)標(biāo)準化制作，用戶只需要按照實際需求進行選購。而夾具的發(fā)展卻遭受較多制約因素。企業(yè)需要全面提升夾具設(shè)計效率?；谝陨习l(fā)展現(xiàn)狀，本文主要是基于實例探討分析機床夾具設(shè)計系統(tǒng)及其夾具庫的研究與開發(fā)，希望能夠?qū)ΜF(xiàn)代夾具設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)起到一定的參考性價值。

關(guān)鍵詞：機床夾具；設(shè)計系統(tǒng)；夾具庫；研究開發(fā)

在制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)期間，根據(jù)特定工藝需要涉及到較多的工藝裝備，并與制造系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和柔性之間存在較大關(guān)聯(lián)性。在各類工具當(dāng)中夾具屬于專業(yè)化程度高并最復(fù)雜的工藝裝備。按照我國現(xiàn)有的機械工藝水平來看，產(chǎn)品生產(chǎn)準備周期通常占據(jù)整個研制周期的60%左右。傳統(tǒng)機床夾具設(shè)計都是由設(shè)計人員利用類比法和經(jīng)驗法進行對比分析，因此需要進行大量的手工計算，之后繪制機床夾具的零件圖和裝配圖，以上工作程序都需要大量勞動力，具有較長的設(shè)計周期，并且效率不高。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了大量計算機輔助技術(shù)，在實際設(shè)計期間有效結(jié)合知識工程和輔助設(shè)計技術(shù)，這樣就能夠全面優(yōu)化和改良夾具設(shè)計系統(tǒng)。

1 機床夾具設(shè)計原則

1.1數(shù)控加工中機床夾具變化情況

在實際生產(chǎn)期間已經(jīng)廣泛應(yīng)用數(shù)控機床和加工中心，在機械制造業(yè)發(fā)展值得在也逐漸應(yīng)用各類機械零部件。由于該類零部件具有較高的精度要求，因此在生產(chǎn)總工時當(dāng)中占據(jù)重要位置。在完成數(shù)控加工之后能夠確保質(zhì)量安全性，還可以加強生產(chǎn)效率，減少交貨時間。因此在機械加工期間大部分都是應(yīng)用集中工序。在同一機床上能夠進行粗加工和精密加工，由于大部分工件都比較復(fù)雜，所以在完成基準加工之后，需要在加工中心完成所有加工。由于機床存在以上特點，因此會直接影響夾具設(shè)計。常規(guī)的夾具主要功能為對刀，導(dǎo)向，夾緊以及定位等。不同導(dǎo)向鉆套也能夠獲取較高孔位置精度。其次，在編程當(dāng)中也可以明確刀具的實際位置，加工中心能夠?qū)崿F(xiàn)測量和觸頭功能，這樣就能夠有效解決銑刀對刀問題。

1.2機床夾具設(shè)計的通用原則

（1）確保工件加工精度，需要準確制定定位方案，夾緊方案，刀具導(dǎo)向方案以及技術(shù)原則等，還需要進行誤差計算和分析。（2）在進行大批量生產(chǎn)時需要使用簡單結(jié)構(gòu)全面減少輔助時間，強化生產(chǎn)效率。在進行小批量生產(chǎn)時需要全面符合夾具功能要求，簡化結(jié)構(gòu)，降低制造成本。（3）夾具的基本功能就是定位和夾緊，其他功能都屬于以上兩種方案的延伸。所以在設(shè)計夾具時需要將夾緊方案和定位方案作為基礎(chǔ)設(shè)計要求，全面按照高效經(jīng)濟原則進行設(shè)計。

1.3定位設(shè)計方案

定位方案主要是由多個定位元件組成，所以在對定位方案進行設(shè)計分析時主要包括定位元件數(shù)量，形狀，位置尺寸以及材料等。

夾具設(shè)計的任務(wù)主要是在一定范圍之內(nèi)對定位工件，按照工件定位要求需要滿足正確定位和準確定位兩方面要求。（1）正確定位：要求該方案能夠?qū)ぜ杂啥冗M行約束，使其能夠達到正確的加工位置；（2）準確定位：需要確保工件在夾具當(dāng)中準確定位，盡量減少定位誤差。

1.4夾緊方案的設(shè)計原則

夾緊設(shè)計方案主要包括選擇夾緊機構(gòu)，確定夾緊力等。動力裝置，傳力機構(gòu)以及夾緊元件等組成夾緊機構(gòu)。其中，動力裝置提供外力，利用傳力能夠?qū)Υ笮∵M行改變，之后應(yīng)用夾緊元件對方向進行改變，給予工件夾緊力。夾緊方案的設(shè)計內(nèi)容主要包括夾緊力的大小，方向，結(jié)構(gòu)，作用順序和作用點等。在實際設(shè)計期間對工件夾緊的要求主要包括穩(wěn)定性和有限變形等方面。其中，穩(wěn)定性主要是確保工件在切削期間不會出現(xiàn)位移現(xiàn)象，抗震性能高；有限變形主要是將變形控制在允差范圍之內(nèi)。

2 基于實例的機床夾具設(shè)計

2.1基于實例的機床夾具設(shè)計知識推理

（1）分析CBR應(yīng)用于夾具CAD的可行性：基于實例的推理思想主要是再次利用人類經(jīng)驗，所以可以將其應(yīng)用在弱理論當(dāng)中。在設(shè)計機床夾具時數(shù)弱理論支持以及復(fù)雜的過程，因此CBR技術(shù)在夾具設(shè)計臨桂的應(yīng)用和研究都具有一定的可行性。

（2）產(chǎn)品的市場需求是化住哪個在CBR應(yīng)用在夾具CDB中的前提：在對夾具功能需求方面市場始終處于漸變過程，這就導(dǎo)致不同實際的同類型產(chǎn)品在功能方面相似性較大，因此在設(shè)計方面也會產(chǎn)生相似性。

（3）給予CBR的CAD系統(tǒng)能夠滿足創(chuàng)新設(shè)計需求：CBR推理過程靈活性較高，因此不會對設(shè)計人員的設(shè)計思維產(chǎn)生限制影響，并且利用設(shè)計實例調(diào)整和檢索能夠幫助設(shè)計人員開拓思維。

2.2夾具庫的總體規(guī)劃

參考機床夾具設(shè)計手冊，此次系統(tǒng)機床夾具零部件庫體系結(jié)構(gòu)圖如圖所示，在設(shè)計夾具時可以從國家標(biāo)準表當(dāng)中查詢零部件的尺寸結(jié)構(gòu)以及精度，熱處理需求以及表面粗糙度等。

3 機床夾具系統(tǒng)的開發(fā)

3.1機床夾具設(shè)計系統(tǒng)的流程

此次研究的夾具設(shè)計系統(tǒng)流程如圖2所示，將交互式設(shè)計方法完成新機床夾具實例，在進行模板化和規(guī)范化處理之后上傳到實例庫，擴充實例庫，從而積累知識量。

3.2功能的開發(fā)與實現(xiàn)

在自定義目錄下創(chuàng)建prt，code等文件夾，之后將DLL文件和菜單文件放置在startup文件夾當(dāng)中，之后application文件夾當(dāng)中設(shè)計圖片文件和對話框文件等，在prt文件下存放模板文件，在user_prt文件夾當(dāng)中放置變異結(jié)果等。

（1）菜單與對話框設(shè)計：1）制作對話框與菜單：在合計應(yīng)用程序時需要注意用戶界面，UG給予了兩個模塊能夠生成應(yīng)用程序的用戶界面，還需要設(shè)計編輯和創(chuàng)建的工具條和下拉菜單。在完成對話框編輯之后需要進行存盤處理，此時該系統(tǒng)就能夠產(chǎn)生C源碼模板文件和對話框資源文件。

（2）利用MenuScript調(diào)用UIStyler：由UIStyler產(chǎn)生的對話框可以在MenuScript當(dāng)中隨意調(diào)用，在入口函數(shù)當(dāng)中使用函數(shù)觸發(fā)菜單命令激發(fā)用戶應(yīng)用

（3）創(chuàng)建程序框架實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動：由于UG屬于允許程序訪問和搭建，并能夠?qū)G對象模型進行改變的程序集，在該程序集當(dāng)中建立上千個UG操作函數(shù)，這樣能夠操作UG數(shù)據(jù)庫，文件管理系統(tǒng)以及圖形終端等。大部分UG操作都能夠應(yīng)用UG API函數(shù)實現(xiàn)。

（4）連接數(shù)據(jù)庫：在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)當(dāng)中，能夠給予API，ODBC等多種數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)。不同技術(shù)具有不同的特點，然而對于一般應(yīng)用的開發(fā)，在ODBC和MFC數(shù)據(jù)庫當(dāng)中都具備ODBC函數(shù)，因此就可以應(yīng)用MFC創(chuàng)建ODBC程序，使用該種方式就不需要處理程序函數(shù)，直接對數(shù)據(jù)庫進行操作，因此廣泛應(yīng)用于ODBC開發(fā)當(dāng)中。

與數(shù)據(jù)庫連接主要是建立CDatabase對象，之后利用其中的OPEN成員函數(shù)進行連接。建立CRatabase對象能夠?qū)B接數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)庫進行操作，完成系統(tǒng)的各項功能。

4 結(jié)束語

綜上所述，在制造技術(shù)當(dāng)中機床夾具屬于重要的工藝裝備，對產(chǎn)品的制造成本和加工精度等方面都產(chǎn)生重要影響。此次研究主要是將機床夾具作為研究對象，分析了給予實例的機床夾具設(shè)計方法，并且完成設(shè)計系統(tǒng)和夾具庫的開發(fā)，這樣能夠顯著減小夾具設(shè)計時間，降低設(shè)計人員的設(shè)計強度，能夠從根本上提升機床夾具設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻

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