組合夾具計算機輔助快速設計方法研究

張 田， 丁 志， 覃振乾

（1.武漢齊達康環保科技有限公司，武漢 430000；2.合肥工業大學 機械與汽車工程學院，合肥 230009）

0 引言

組合夾具元件是從專用夾具中的夾具元件逐漸演化而來，通過對專用夾具元件模型尺寸進行系列化、標準化和規格化，組成各種具有通用功能和規格的系列零件［1］。組合夾具根據自身結構特點和使用情況的不同可分為槽系列、孔系列、光面系列三大類［2］。主要面向單件小批量生產，許多具有典型功能的夾具隨著產品的加工結束而隨之消亡［3］。與專用夾具相比，可以縮短夾具設計周期，縮短生產準備時間，節約金屬材料，降低生產成本。

目前，在國內組合夾具使用時存在的問題主要表現在沒有詳細的裝配圖紙，也沒有組合夾具的計算機輔助拼裝系統進行虛擬設計，組裝過程憑借技術人員的經驗，通常需要經過多次安裝調試才能達到要求，費時，費力，勞動強度大。如果能夠利用機械設計軟件，開發出組合夾具的計算機輔助拼接系統，不斷擴充和完善元件庫，實現零部件的參數化設計，可明顯提高夾具設計效率。本文利用SolidWorks的參數化設計方法和它的API，完成組合夾具庫的建立，并以此為基礎開發了一個工具軟件可實現組合夾具的快速虛擬設計。1 組合夾具庫建立

1.1 組合夾具庫建立方案

夾具元件結構的分類將涉及到夾具庫的管理、調用和擴展。而組合夾具本身就包含有標準代號、名稱、規格、重量等特性，可以將其特性融合到零件屬性上，或程序代碼里，或文件名中，這樣可以方便提取零件屬性，對零件的識別，元件清單和明細表等應用能夠快速生成，提高工作效率。

中型槽系列夾具元件分為8類：基礎件，支承件，定位件，導向件，壓緊件，緊固件，合件，其它件和通用件。每個類里的不同零件又有不同的尺寸規格，按照其固有的結構，既可以很好地進行分類，又可以為以后的零件庫擴展提供良好的兼容性，如拓展到大型槽零件庫，小型槽零件庫及孔系零件庫，如圖1所示。

圖1 夾具庫數據結構

1.2 組合夾具零件庫建庫過程

基于SolidWorks配置技術的參數化設計［4］，通過利用系列零件設計表（Specifying Design Table Parameters）［5］，對其進行建模，下面主要以通用件的定位器（T8310）零件為例，來具體說明參數化設計過程。具體步驟如下：

1）零件基本特征建立。在裝配體中利用“插入零件→新零件”命令，通過拉伸、拉伸切除、掃描等命令，分別建立定位座、螺母、螺桿零件，并將其保存為內部零件。然后通過裝配完成定位器的建立，如圖2。

圖2 定位器

圖3 插入系列零件表

圖4 系列零件設計表格

圖5 配置管理器

圖6 更改零件配置屬性

2）建立零件系列表。分別對3個內部零件建立零件系列表。在Feather Manager設計樹選項中右擊“注解”，選擇“顯示特征尺寸”選項，然后選擇“插入”→“表格”→“系列零件設計表”，選擇“自動生成”，如圖 3。然后在生成的EXCEL表格中添加需要系列化的尺寸名和尺寸，或刪除不需要的尺寸，完善數據后退出表格，將會得到所需系列值，如圖4的定位座。用同樣的方法對螺母、螺桿進行系列化。

3）裝配體的配置。在裝配體的配置上對其添加派生的配置，通過對不同的配置下各零件位置的不同配合約束，實現一個裝配體上不同尺寸及螺桿在各個螺紋孔的參數化設計，如圖2中配置欄上顯示。

4）系列零件顯示和選擇。在零件圖中的配置管理器上，通過雙擊配置名稱，便可顯示配置的零件,如圖5。而在裝配圖插入零件后，可通過更改零件屬性來實現配置的改變，同時，若插入的是子裝配體，如果需要對子裝配體進行配合約束，可以在屬性里將其設置為柔性，如圖6。

利用以上過程所述的方法，把組合夾具庫的所有元件進行參數化建模。并利用圖1的數據結構，將各個元件存放在不同的文件夾下，完成組合夾具庫的建立。

2 程序界面設計

2.1 SolidWorks API鏈接

雖然SolidWorks所提供的功能非常強大，但為了使功能本地化、專業化，方便用戶進行二次開發，SolidWorks提供了API接口［6］。這些接口是SolidWorks的OLE或COM接口［7］。用戶可以使用高級語言對其進行二次開發，建立適應用戶需求的專用的功能模塊。應用VB.NET語言［8］完成SolidWorks插件開發。具體插件鏈接步驟如下：

1）在VS2010中新建項目，利用向導模板SwVBAddin，建立連接數據庫的必要程序代碼。2）通過修改和添加必要的代碼，完成插件功能的實現。通過編譯項目，得到DLL文件。3）通過SolidWorks打開DLL文件，系統會自動注冊DLL，同時會加載相關菜單和工具欄到軟件界面上，如圖7所示。

2.2 程序界面及功

圖7 插件菜單

能實現

向程序界面添加相關控件，如combobox，listbox，panel，picturebox，button。在各個控件下的響應函數添加自定義功能。然后編譯項目，得到所需的插件文件。相關自定義功能函數如下：

1）Function swSearchFile（）：檢索夾具庫各類文件夾下的元件文件，并將其顯示在listbox列表框中，在檢索文件時，按照需要將不必要的零件隱藏，如在合件類中，由于所需的是合件裝配體，于是將裝配體顯示，而隱藏掉不需要的子裝配和零件。

2）Function getNamePath（）：程序在運行過程中需要文件夾或文件的絕對路徑，通過調用此函數便可獲得。如在檢索元件庫時運用了遞歸，開始時需要獲取文件夾的絕對路徑。

3）Function swGetConfig（）：獲取零件的所有配置名稱，并將其顯示在下拉列表框（combobox2）上。

4）Function swPreview（）：通過調用數據庫中的預覽圖片，預覽選中的零件的形狀和參數信息。

5）Function swOpen（）：打開選中零件，但不顯示，為下一步能夠將零件順利插入到裝配體，因為在插入裝配體時，SolidWorks需要將插入的零件預先加載到內存里，才能順利插入裝配體。

6）Sub getBaseFile（）：在窗體 Form1 初始化時，通過獲取配置在SolidWorks根目錄下的swlicense.txt文件內的目錄字符，得到夾具庫文件的絕對目錄，使得程序得以訪問夾具庫文件。

2.3 程序運行實例

通過以上的組合夾具庫的建立和軟件界面的編程和調試，得到一個SolidWorks插件。可以實現庫的方便快捷地使用，避免了重復元件的設計。圖8界面為如何插入一個基礎件。

比如，通過選擇加工零件，對其進行工藝分析及工藝參數選擇，利用插件對所需組合夾具元件的選擇并依次插入，同時完成裝配約束，就可快速設計一個組合夾具，如圖9所示為一鉆孔組合夾具的虛擬設計結果。

圖8 插入一個基礎件

圖9 鉆孔夾具

4 結論

通過對組合夾具結構的分析，利用SolidWorks軟件建立了組合夾具零件庫。同時利用SolidWorks二次開發和VB.NET編程語言設計開發了友好的人機交互界面，實現對夾具庫的查詢、管理和調用等功能。利用組合夾具庫和開發的軟件工具，完成了對某一典型鉆床夾具的快速設計，可顯著提高設計效率。

［參考文獻］

［1］王鳳鮮.淺談組合夾具的重要作用［J］.科技情報開發與經濟，2008，18（34）：214－215.

［2］李贊，宋慧軍，王瑋，等.組合夾具的研究與應用［J］.中國新技術新產品，2012（1）：105.

［3］張茂鵬，陳蔚芳.基于Solidworks的組合夾具構件自動化建模方法［J］.華南理工大學學報：自然科學版，2005，33（2）：56－59.

［4］杜向黨，曹銀萍，王政.基于Solidworks配置技術的組合夾具參數化設計［J］.制造技術與機床，2006（3）：75－77.

［5］LOMBARD M.Solidworks 2007 寶典［M］.謝暉，何邕，譯.北京：人民郵電出版社，2008.

［6］SolidWorks公司.SolidWorks API二次開發［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［7］曹巖，方舟.SolidWorks開發篇［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［8］鞏文化，馬承志，李亞軍，等.Visual Basic.NET開發指南與實例詳析［M］.北京：機械工業出版社，2003.