柔性制造系统中组合夹具的设计研究.

1、柔性制造系统中组合夹具的设计研究 0、引言 随着机械制造业的飞速开展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化须具备较高的柔性。国外已把柔性制造系统FMS作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要开展方向。 柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，而组合夹具又是工装柔性化的重点。组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性的标准元件和组合件，按工件的加工要求组装而成的夹具。由于组合夹具使用完毕后，可以拆卸、清洗，重新组装新的夹具，因此，组合夹具

2、的应用非常普遍，尤其适合于多品种、中小批量的生产。 然而，多年来，对组合夹具的设计和组装，由于时间、环境条件的限制，总体设计与系统构造只能串行不能并行。夹具工艺师对工件的定位、装夹设计主要依赖经历，定性分析较多，定量分析较少，且计算复杂，同时缺乏必要的优化设计，设计的图纸不够直观。在装夹过程中工人要认真消化图纸，设计过程前期的潜在问题，在总装时汇总，达不到预期的效果，甚至造成返工。设计过程中的装配干预问题，无法在设计中提前发现，造成工人的劳动强度增大。已经很难适应当今快速、多样化的制造需求。这一特点为计算机辅助装配系统的研制与开发，提出了亟待解决的问题。 传统的组合夹具设计主要依靠手工完成，C

3、AD 设计系统主要采用以交互式为主的半创成式设计方法。现在，大量三维实体造型软件崛起，如Pro / E 、Solidworks、UG、Solidedge 等，推动了设计领域的新革命，由于这些三维软件，不仅仅可创立三维实体模型，还可利用设计出三维模型进展模拟装配和静态干预检查、机构分析、动态干预检查、动力学分析、强度分析等。同时由于组合夹具的组件全部是标准件，而且数量有限，易于储存和检索等特点，使建立组合夹具站成为可能。假设将计算机辅助设计应用到组合夹具设计中，尤其是将Pro / E 应用到组合夹具设计中，那么可使组合夹具的设计非常快捷，装配生产率得以显著提高。 1、建库 1.1 建库必要性 尽

4、管系统本身有一个数量庞大的特征库：其中包括少局部组合夹具标准件，但各种不同规格尺寸的组合夹具标准件数量非常多是不争的事实，况且一般情况下组合夹具组装站只配置其中一局部标准件，同时不同厂家生产的标准件规格略有不同，这种情况势必影响设计效果和效率。假设能根据组装站实际配置的标准件重新创立标准件库，既可充分利用现有标准件进展组合夹具的设计，又可免去重复烦琐地创立标准件模型，同时标准件的回取比拟快捷。这样，设计者可以直接在标准件库中选取零件，非常快捷地实现组合夹具的动态模拟装配。 1.2 组合夹具库的构造 组合夹具是在夹具零部件标准化的根底上开展起来的一种新型的工艺装备。它由一套预先定制好的、具有各种

5、不同形状的规格尺寸的标准元件和组合件组成。在加工工件前，根据工件的工艺要求、采用的设备和夹具设计原那么，选择夹具元件，确定元件间的位置关系，组装出机械加工使用的工装夹具。组合夹具根本组件数量繁多，为便于归类和方便检索标准件，将组合夹具可分为九大类，即根底件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、其它件、合件，其中每一类型中又包括多个品种，每个品种中又有不同的规格。 1.3 建库的步骤 创立夹具标准件图形库的主要任务是图形生成。对于标准件等相似性强的图形生成可采用变量法即参数法：对于原始模型的所有几何特征，给定它的组成参数及其参数值的变化范围，这些可变参数称为变量，通过输入这些变量值，便可得到

6、所需形状及尺寸。组合夹具的标准件上都设计有尺寸一样、间隔均匀的T 形槽、长方槽、螺纹孔等构造，因此，采用以下两个步骤建库便可简化烦琐重复的标准件创立过程。 第一步，创立用户定义特征。UDF 把标准件上都具有的T形槽、螺纹孔等特征建立UDF，一般根据组合夹具系列的不同，需创立的主要UDF 如附表所示。在创立各标准件时只需把UDF 特征加载到根本几何体上，便可非常快捷地创立标准件。 第二步，创立簇表Family Table。既然同一类型中的组件其形状相似，用Pro / E 中的族表功能那么会事半功倍。Pro / E 中的簇表Family Table是本质上相似的零件或组件、特征的集合，但在大小或详

7、细特征等一两个方面稍有不同。对于重复性高、相似性大的零件如螺丝、扳手等或者标准件，不需要每个规格都建立一个零件，而可以使用一个原始样本零件Generic Part及一簇表Family Table即可代表无数个零件。任何时候，只要调出簇表内任一个零件的名称，即可自动产生一个照簇表所示尺寸比例的零件。 显然，族表大大提高了标准化组件的用途。它们不但允许在Pro / E 中表示实际的零件清单，而且使得组件中的零件和子组件容易互换因为来自同一族的实例互相之间可以自动互换。但在创立簇表的过程中，对于原始模型的选择要注意两个问题：一是往往选择同类型标准件中尺寸最大的标准件作为原始模型。二是当尺寸最大的标准

8、件不能包含同类型标准件的所有特征时，应在尺寸最大的标准件根底上添加上未包含的特征才能作为原始模型。 2、用Pro / E 进展组合夹具设计步骤 2.1 创立工件模型 创立工件模型是在标准件库创立工作完成之后进展的。首先需要分析的内容包括：工序图、工件的构造形状特征、本道工序的加工要求。然后创立出工件三维实体模型，以便于进展动态模拟装配。 2.2 夹具装配 根据零部件之间的装配关系和约束条件，进展虚拟设计组装，并进展相应检验，进而对设计进展分析，对不合理的设计进展修改。首先分析工序图，初步确定定位、夹紧及导向、对刀方案，然后可在标准件库中直接选取适宜的定位、夹紧、导向、对刀元件，并要选择适宜的根

9、底板来支承这些元件。接下来便可进展组合夹具的动态装配，在模拟装配时应注意装配的顺序，在根底夹具体上安装定位元件，实现工件定位后，再安装夹紧元件及导向对刀元件。如图1所示，应用Pro / E 设计的车削一偏心轴外圆的组合夹具。图1 夹具装配图 2.3 装配体的分析 对夹具装配体的构造、大小、转动惯量等的分析是总体设计必不可少的环节之一。在传统的设计过程中，这一过程一般靠手工计算，大多数情况只是依靠经历而使准确度不易保证，增加总体设计的困难。应用Pro / E 软件，会使装配间隙的调整和装配干预的检查变得更加准确、直观、快捷。而且对于检验设备不能接近的部位，间隙也能得到控制，使得干预问题消除在方案

10、阶段。 第一步，在菜单【Model】【Part】【Setup】【Densit.】的提示行给出材料密度，在菜单【Model】【Part】【Setup】【Units】下定义质量、长度单位。 第二步，进入【Analysis】主菜单，可以对距离、模型、曲线、曲面等进展实时分析。 调换不合理的组件，修改不合理的位置，Pro / E 的全相关性能够对组件的尺寸、大小、规格稍作变化，装配体随之会相应更改，到达完全满足设计要求为止。 2.4 信息处理 相关信息的处理包括装配图和爆炸图的生成和明细表的提取。 1装配图和爆炸图的生成 Pro / E 拥有强健的装配图绘制功能。在三维空间实现了组合夹具模拟装配后，即

11、可在菜单上指定一个命令，快捷地创立二维装配图。假设根本视图或向视图不能清楚表达较复杂装配关系时，那么作必要的剖面，选择这些剖面作局部放大、旋转、展开等种类视图。对于三维组装模型，可将其作为独立视图，缩放后放于图纸右上角，以提高工程人员的阅读速度。这样，既可节省校对、审核和批准人员的图面检查时间，又可以使其投入更多的精力进展功能性审查。 2明细表的提取 在视图完成后，Pro / E 平台能自动地完成零件数量的统计和明细表的填写等相关信息，而在传统的组合夹具设计中，对组合组件的信息统计需消耗夹具工艺师不少的时间和精力。在主菜单【Info】列表中可以显示出特性信息、装配体模型的所有组成组件、特征主从关系、模型尺寸等。例如【Info】【Model】【Top】【Leve】【Apply】可以列出装配顺序、主从关系、根本尺寸等，建立根本信息明细表，工艺师可以编辑明细表，为组装工人提供组装依据，使实际组装更加条理化。最后是组装工人依靠建立的三维装配模型、爆炸图、二维视图、信息明细表进展实际装配。 3、完毕语 采用Pro / E 软件创立组合夹具标准