基于夾具智能設(shè)計(jì)技術(shù)的機(jī)床夾具庫的研究與開發(fā)

趙利平

【摘要】? ? 夾具設(shè)計(jì)集技術(shù)、決策和經(jīng)驗(yàn)于一體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)通常是基于相似設(shè)計(jì)或者是系列化設(shè)計(jì)方法，以此來得到自己想要的設(shè)計(jì)過程，在本文中結(jié)合智能設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)知識(shí)對(duì)機(jī)床夾具庫實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)，并基于現(xiàn)有夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)存在的不足，結(jié)合夾具智能化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)模塊化和參數(shù)化設(shè)計(jì)，并構(gòu)建完整的機(jī)床夾具庫系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】? ? 夾具智能設(shè)計(jì)? ? 機(jī)床夾具庫? ? 開發(fā)

引言：

隨著信息化推進(jìn)，目前仍有大量的設(shè)計(jì)資源無法進(jìn)行系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化表示，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)新的夾具任務(wù)時(shí)候直接調(diào)用相關(guān)的工藝流程和參數(shù)，影響到設(shè)計(jì)效率。目前智能設(shè)計(jì)方法的出現(xiàn)可以形成以知識(shí)為基礎(chǔ)，知識(shí)基礎(chǔ)為核心的夾具智能化設(shè)計(jì)，在該過程中可以通過知識(shí)因子進(jìn)行知識(shí)內(nèi)容關(guān)聯(lián)，方便機(jī)器對(duì)設(shè)備進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)智能化和快速化。

一、夾具智能設(shè)計(jì)原理

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過程中主要包括數(shù)據(jù)參數(shù)的輸入、設(shè)計(jì)決策，夾具數(shù)據(jù)校驗(yàn)和夾具設(shè)計(jì)輸出。在設(shè)計(jì)中信息輸入主要是指零配件的加工工藝參數(shù)和加工工藝，設(shè)計(jì)決策則是對(duì)工件定位、夾緊方法以及布局等方面的決策，在校驗(yàn)過程中要評(píng)估定位精準(zhǔn)度以及夾緊力，是否符合設(shè)計(jì)要求，若是不符合就需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，夾具設(shè)計(jì)輸出需要對(duì)夾具裝配圖、元件圖以及標(biāo)準(zhǔn)間明細(xì)表等進(jìn)行一一核對(duì)，按照上述五個(gè)基礎(chǔ)操作步驟可以實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)。

二、機(jī)床夾具庫開發(fā)

2.1模塊化設(shè)計(jì)

2.1.1模塊的劃分

模塊化設(shè)計(jì)的思想核心在于按照自上而下的順序?qū)A具數(shù)據(jù)庫進(jìn)行功能分區(qū)，這樣既可以呈現(xiàn)出模塊之間的聯(lián)系又能體現(xiàn)出不同模塊的獨(dú)立性，用戶可以根據(jù)實(shí)際的需要對(duì)其進(jìn)行快速選擇。在機(jī)床夾具數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)中需要對(duì)典型結(jié)構(gòu)或者是零部件進(jìn)行拆解，后將數(shù)據(jù)錄入，這樣便于實(shí)際設(shè)計(jì)中根據(jù)構(gòu)件的需要進(jìn)行模塊的調(diào)用、參數(shù)的修改以及充足。其次就是對(duì)數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行計(jì)算，其包括定位誤差和夾緊力計(jì)算，了解不同影響因素對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)誤差的影響，這將決定選擇何種模塊類型。

2.1.2模塊的創(chuàng)建

通常模塊的創(chuàng)建沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求，只是按照不同模塊的功能類型對(duì)其進(jìn)行區(qū)分，因而不同類型的模塊在創(chuàng)建過程也有所不同，內(nèi)容側(cè)重和供應(yīng)側(cè)重也存在差異為此需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求對(duì)起進(jìn)行合理的劃分，劃分的目的是便于在實(shí)際操作中進(jìn)行設(shè)計(jì)功能的完成，具體不同模塊的創(chuàng)建規(guī)則如下：

1.典型夾具案例模塊。在數(shù)據(jù)庫中典型夾具的案例主要是包括機(jī)常用的夾具類型，無論是在國內(nèi)還是在國外都有較高的使用頻率，尤其是結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出不同的復(fù)雜度，最常見的包括車床夾具、銑床夾具等，對(duì)不同的夾具需要對(duì)起按照層級(jí)的關(guān)系進(jìn)行細(xì)分，最終目的是對(duì)不同類型下的子類型進(jìn)行可參數(shù)驅(qū)動(dòng)圖形數(shù)據(jù)庫的建立。以典型夾具為例，在設(shè)計(jì)中需要對(duì)各個(gè)典型案例進(jìn)行參數(shù)模型化， 這就需將各種夾具結(jié)構(gòu)案例中的裝配模型和夾裝動(dòng)畫等一一實(shí)現(xiàn)，在該模塊下，用戶可以根據(jù)需要對(duì)這些模塊的案例進(jìn)行調(diào)用，根據(jù)自己的需要對(duì)相關(guān)的零件參數(shù)、路徑等進(jìn)行修改，并通過DMU裝夾動(dòng)畫清晰將夾具結(jié)構(gòu)案例、夾裝過程表現(xiàn)出來，這樣有助于結(jié)合項(xiàng)目加工工序求快速實(shí)現(xiàn)機(jī)床夾具成品設(shè)計(jì)。

2.標(biāo)準(zhǔn)件模塊。在數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)件模塊下，同樣是囊括了各元件的結(jié)構(gòu)、尺寸以及畫法等，這些均是按照統(tǒng)一規(guī)定進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的誰當(dāng)，由于夾具各元件的功能和作用有所差異，為此需要對(duì)其進(jìn)行分類，如 定位件、導(dǎo)向件以及夾緊件等，這種分類方法可以達(dá)到數(shù)十種。不同的種類又可以進(jìn)一步細(xì)分，最終按照類型→系→組→標(biāo)準(zhǔn)件的順序進(jìn)行劃分，因而本文所提到的標(biāo)準(zhǔn)間就是在組別屬下的內(nèi)容，以為導(dǎo)向件為例，可以細(xì)分出三個(gè)系即鉆套、鏜套和襯套，在鉆套所在的系別可以細(xì)分為兩個(gè)組即A型固定鉆套和B型固定鉆套，由此可以知道在設(shè)計(jì)中需要按照模塊的分類級(jí)別對(duì)最小子類進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，這樣方便使用者和設(shè)計(jì)者對(duì)其進(jìn)行快速的調(diào)用。 在標(biāo)準(zhǔn)間模塊下需要搭建完整的圖形庫，在這一過程中需要使用到參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，需要確定個(gè)參數(shù)的特征，通過參數(shù)的設(shè)定實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形控制 ，這樣可以按照設(shè)計(jì)要求來對(duì)工件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。在對(duì)夾具設(shè)計(jì)過程中需要用戶對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行重組，實(shí)現(xiàn)替換，以此來獲取到全新的夾具結(jié)構(gòu)，以此來提升夾具設(shè)計(jì)效率。

3.非標(biāo)準(zhǔn)件模塊。由于夾具類型并非都是標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)涉及到的非標(biāo)準(zhǔn)件，如夾具的支架部分、鉆模板等，夾具設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)件部分需要收集相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行歸納整理，以圖文的形式建立夾具非標(biāo)準(zhǔn)件圖形的數(shù)據(jù)庫。在對(duì)機(jī)床夾具數(shù)據(jù)庫的建設(shè)中，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)件模塊也要采用參數(shù)化的技術(shù)設(shè)計(jì)形式，按照構(gòu)件的具體形狀，對(duì)其進(jìn)行建模，這樣可以根據(jù)需要將零件的主要結(jié)構(gòu)框架中所涉及到的參數(shù)進(jìn)行提取，并以為單獨(dú)的命名方式實(shí)現(xiàn)搭建，后通過參數(shù)驅(qū)動(dòng)圖形完成整體的修改，后根據(jù)用戶現(xiàn)實(shí)需求，對(duì)相關(guān)構(gòu)件的非標(biāo)準(zhǔn)件部分進(jìn)行局部參數(shù)進(jìn)行修改，達(dá)到最終的設(shè)計(jì)目的。

4.分析計(jì)算模塊。在對(duì)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)期間需要做好定位和夾緊兩個(gè)部分，由于機(jī)械加工工序非常復(fù)雜，可干擾因素較多，為了避免外界因素影響到產(chǎn)品的加工質(zhì)量，就需要充分考慮不同因素所引發(fā)的誤差程度，常見有工藝系統(tǒng)受熱會(huì)引發(fā)形變會(huì)造誤差;夾具在機(jī)場中很容易出現(xiàn)定位誤差;切削、夾緊以及慣性等在對(duì)材料進(jìn)行受力作用的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致材料出現(xiàn)變形或者是位移等;甚至工件基準(zhǔn)平面與定位元件支撐面間會(huì)出現(xiàn)接觸形變，該工序會(huì)造成基準(zhǔn)位移，最終導(dǎo)致工件誤差的出現(xiàn)。為此對(duì)工件的定位和夾緊，需要在滿足所有要求情況下，考慮工件放置于正確的位置，采用的合適力度的夾緊大小，確保操作過程循序可靠，由于夾具設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)要求中會(huì)提出誤差范圍，盡可能保證所設(shè)計(jì)出的夾具在誤差內(nèi)即可，這表面所生產(chǎn)出的夾具符合設(shè)計(jì)要求。該過程需要確定的科學(xué)的加工工序，其次就是加工過程中的不同工序的誤差累加或者是某項(xiàng)具體的工藝誤差不能大于規(guī)定要求的誤差，否則將會(huì)視為加工設(shè)計(jì)不合格;后對(duì)夾具進(jìn)行數(shù)據(jù)核算，這是因?yàn)橛?jì)算校核標(biāo)準(zhǔn)都是數(shù)據(jù)化的呈現(xiàn)，計(jì)算也是設(shè)計(jì)的重要步驟和環(huán)節(jié)，目前在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中所存在的誤差類型有很多，為了滿足應(yīng)用需要，應(yīng)當(dāng)做好對(duì)定位誤差和夾緊力的計(jì)算與校核。在對(duì)機(jī)床夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)中需要做好計(jì)算模塊的分析，該過程包括概念、公式以及計(jì)算方法，如自動(dòng)校驗(yàn)定位誤差，對(duì)夾具的夾緊力進(jìn)行計(jì)算等，常見的定位包括平面定位、圓柱孔定位等，不同的工件類型所采用的定位方式也有所不同，為此需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行確定。同時(shí)需要根據(jù)不同定位類型再對(duì)工件的定位進(jìn)行細(xì)分如平面定位、垂直面定位等。

5.幫助模塊。在幫助模塊的設(shè)計(jì)中需要將機(jī)床夾具數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，其包括設(shè)計(jì)構(gòu)想、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)使用流程和功能鍵和常見問題解答等內(nèi)容的整理，對(duì)各個(gè)模塊做好功能的劃分。

2.2數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)

2.2.1開發(fā)工具

1.開發(fā)平臺(tái)。在機(jī)床夾具庫系統(tǒng)中使用CATIA軟件進(jìn)行平臺(tái)開發(fā)，其參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提供機(jī)床夾具庫零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)以及DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析等功能實(shí)現(xiàn)的環(huán)境，其次是增加了多種程序接口，可實(shí)現(xiàn)與不同平臺(tái)進(jìn)行接口連接，在不同的平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)集成，后使用VB、VC等不同的開發(fā)語言實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)。

2. VB與ACCESS。在機(jī)床夾具庫系統(tǒng)中是以VB作為語言開發(fā)環(huán)境，通過程序編寫的方式來建立機(jī)床夾具庫可視化人機(jī)操作界面，同時(shí)Access數(shù)據(jù)庫軟件可以在方便操作的同時(shí)提供更強(qiáng)大的應(yīng)用功能，為此選用Access數(shù)據(jù)庫平臺(tái)對(duì)用戶所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.2.2圖形庫的建立

當(dāng)前機(jī)床夾具庫中的圖形庫需要基于特征參數(shù)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)專用夾具的設(shè)計(jì)，建立合適的圖形數(shù)據(jù)庫，其包括典型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)圖像以及非標(biāo)準(zhǔn)圖形等，以此來搭建機(jī)床加工所需要的完整圖形庫。

2.2.3數(shù)據(jù)庫的建立與操作

1.數(shù)據(jù)庫的建立。機(jī)床夾具數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)資料包括結(jié)構(gòu)案例、具體夾具標(biāo)準(zhǔn)尺寸數(shù)據(jù)、技術(shù)要求和各種工藝加工參數(shù)等，在數(shù)據(jù)庫中所需要的數(shù)據(jù)資料非常多，需要以文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)表的方式可以快速對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行創(chuàng)建，并且根據(jù)需要對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，這樣便于使用者進(jìn)行數(shù)據(jù)查找。

2.數(shù)據(jù)庫的操作。常見的機(jī)床夾具庫操作過程有兩種類型，即數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)的輸入體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)行構(gòu)建特征參數(shù)的輸入過程的操作界面，在這個(gè)界面下需要通過特征參數(shù)化的形式對(duì)其進(jìn)行建模;其次是數(shù)據(jù)輸出，從參數(shù)輸入→界面操作→特征參數(shù)反饋過程中，需要對(duì)新模型進(jìn)行建立，也要將尺寸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輸出。? ?在Access數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類型的接口進(jìn)行編程，相較于DAO、ADO和RDO等，最容易進(jìn)行編程的就是ADO接口，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫性能相類似的條件下，該接口的運(yùn)行效率非常好，為此在本文中采用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床夾具數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問。

2.2.4程序庫的創(chuàng)建

機(jī)床夾具庫數(shù)據(jù)庫中需要對(duì)其建立程序庫，程序庫的作用非常大，需要編寫出操作界面的程序、數(shù)據(jù)面板的程序、通信程序等，在本次機(jī)床夾具庫的設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序庫以CATI技術(shù)為主，這樣可以實(shí)現(xiàn)與外部程序共享對(duì)象，以及滿足如VB、VC等不同接口的腳本語言。將宏腳本進(jìn)行腳本轉(zhuǎn)變最終成為VB程序，后對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，并生成可執(zhí)行文件，以.exe為后綴，通常情況下，在處理過程中需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，為保證系統(tǒng)可執(zhí)行的穩(wěn)定性和安全性，會(huì)有部分錯(cuò)誤信息跳出。若是有錯(cuò)誤信息跳出后需要分析出具體的出錯(cuò)段落，將這段字節(jié)進(jìn)行刪除，或者是對(duì)其進(jìn)行修正。

2.3數(shù)據(jù)庫操作技術(shù)

在機(jī)床夾具庫的設(shè)計(jì)中使用到了Access2000進(jìn)行編寫，按照國家要求標(biāo)準(zhǔn)，需要整理相關(guān)的V形塊特征數(shù)據(jù)，并將國際標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的錄入，后存放于文檔中，并導(dǎo)入計(jì)量管理相關(guān)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，按照類型命名數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)使用，以V形塊為例，創(chuàng)建V形塊特征尺寸的數(shù)據(jù)庫，找到具體的尺寸：

當(dāng)=90°時(shí)，T=H+0.707D-0.5N。

三、結(jié)束語

本文是基于夾具智能技術(shù)和機(jī)床夾具設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，提出機(jī)床夾具庫的總體設(shè)計(jì)思路，以CATIA作為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，VB語言為開發(fā)環(huán)境，Access為數(shù)據(jù)庫提供支持，最終開發(fā)出機(jī)床專用數(shù)據(jù)庫，并以V形塊特征為例闡述具體實(shí)現(xiàn)過程。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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