柔性夾具自動化裝配技術的研究

摘 要：隨著柔性制造在變化商業環境中的不斷發展，夾具的生產設計也由傳統單一的夾具變成了結構復雜多變的柔性夾具，極大降低了裝夾費用和生產準備時間，而柔性夾具在裝配過程中存在步驟繁多、效率低下的問題。

關鍵詞：柔性夾具；自動化裝配；元件庫

1 柔性夾具標準件類型

柔性夾具是由預先制造出來的不同形狀、大小和功能的系列化標準零件組合構成。柔性夾具的元件具有很高的互換性和耐磨性。利用這些元件與合件，根據工件的不同要求，可以組裝成車、銑、鉆、磨、鏜等各種不同的機床夾具。柔性夾具一般由基礎件、支承件、定位件、導向件、壓緊件、緊固件、其它件和合件八部分組成，如圖1。

圖1 標準間分類

2 自動裝配模塊程序設計

2.1 裝配術語

裝配模塊程序設計之前首先需要了解各種術語，只有了解了各種術語之后才能夠實現科學設計。這是設計的重要前提。在實際工作過程中需要了解原型、事例、工作部件以及顯示部件等概念及術語。裝配關系判定的構想是提取所選對像的特征進行識別，自動選取其對應的裝配關系進行裝配。其識別功能可分為零件的形狀特征識別與技術特征的識別，兩種識別功能配合使用，讓裝配功能更加自動化。

在UNIGRAPHICS NX/OPENAPI中，組件間相對位置通常是由變換矩陣和坐標系矩陣決定的。實際工作過程中函數的輸入和輸出函數，通常是要用坐標系矩陣和變化矩陣來代替的。這樣的設置具有非常重要的作用。在UNIGRAPHICS NX/OPENAPI中，定義了兩個術語。

空間（space）：這主要指的創建組件過程中所需要占用的空間，也就是組件絕對坐標系對應空間。裝配空間（assembly space）：當組件被加入到裝配后，組件所處的空間。在UNIGRAPHICS NX/OPEN API中，函數UF_ASSEM_ask_transform_of_occ（ ）和UF_ASSEM_ask_

component_data（ ）的主要作用就是為了獲得裝配空間，確切地說是要獲得指定組件的裝配空間。這也是要分成具體情況來進行分析的，當輸入參數為部件事例標識的時候，裝配空間則會被認為是擁有裝配絕對坐標系。如果UF_ASSEM_ask_component_data（ ）的輸入參數是實例標識，裝配空間則是組件的直接父裝配的絕對坐標系。組件的坐標系矩陣包含6個實型數，組件的坐標系原點包含3個實型數。在調用函數U F_ASSEM_add_part_to_assembly向裝配中增加組件時，或在裝配中重定位組件調用函數UF_ASSEM_reposition_instance（ ）時，都需要使用坐標系矩陣，以指定組件的X 軸和y 軸向量。Z 軸向量可以利用X軸和Y 軸向量叉乘得到。組件轉換矩陣的主要目的就是為了描述模型空間到裝配空間的變換，該矩陣通常是實數矩陣。組件轉換矩陣如式所示。

tr[0][0]=csys[0]，tr[0][1]=csys[3]，tr[0][2]=csys[6]，tr[0][3]=orig[0]

tr[1][0]=csys[1]，tr[1][1]=csys[4]，tr[1][2]=csys[7]，tr[1][3]=orig[1]

tr[2][0]=csys[2]，tr[2][1]=csys[5]，tr[2][2]=csys[8]，.tr[2][3]=orig[2]

tr[3J[03=unused，tr[3][1]=unused，tr[3J[2]=unused，tr[3][3J=scale=l

部件的原點保存在tr[0][3]、tr[1][3]和tr[2][3]中。

tr[0][3]=orig[0]=原點的X坐標；

tr[1][3]=orig[1]=原點的Y坐標；

tr[2][3]=orig[2]=原點的Z坐標；

坐標系矩陣中從tr[O][0]到tr[2][2]是列向量，這里：

csys[0]，csys[1]，csys[2]是X向量的i，j，k成員；

csys[3]，csys[4]，csys[5]是Y向量的i，J，k成員；

csys[6]，csys[7]，csys[8]是Z向量的i，J，k成員；

tr[3][0]到tr[3][3]未使用，tr[3][3]代表比例，永遠為1。

2.2 特征識別

自動裝配模塊要想實現，必須要獲取特征。通常情況下裝配順序是以鏈表的形式存在的。在操作過程中工作人員必須要按照裝配順序來選擇零件，鏈表中每個結點都對應一個零件，選擇過程中選擇了N零件的時候，鏈表中N結點就會有指針指向該零件。

首先通過UF_OBJ_cycle_objs_in_part得到部件標志，通過UF_MODL_ask_body_faces將實體各個表面標志取出與數據中的特征進行對比判斷，得到其所對應的裝配關系，通常情況下裝配關系中結構體的數據結構是包含每個零件裝配信息的。這一點從下文中就可看出：Struct node{int number；tag_t pointer；information mate；node*next；}

其中，尾結點的結構和其他的結點不同，它是鏈表的結束標志。利用UNIGRAPHICS NX/OPEN API提供的結構UF_ASSEM_constraint，該結構中既有配合類型又有零件特征等成員，實際工作過程中必須要把相關信息傳送給相應的成員。這樣才能夠保證系統的正常運行。

為了保證系統能夠正常運行，在實際工作過程中還需要求解約束，通過求解約束來獲得相關信息。工作過程中還需要把相關零件變換成所需要的變換矩陣，變換矩陣之后再利用函數 UF_ASSEM_apply_mc_data（），把約束放到模型中。這樣就能夠實現零件的空間重定位了。最后再通過UF_MODL_update將部件重新定位，更新模型。

3 結束語

綜上所述，由于計算機技術的飛速發展，帶動機械行業尤其是夾具行業，正在不斷的發展、提高，而夾具的行業標準也初步形成，這使得在未來的幾十年里，夾具將進入一個全新的發現階段，使它能在機械行業中站一席之地。

參考文獻

[1]融亦鳴，朱耀祥，羅振璧.計算機輔助夾具設計[M].北京：機械工業出版社，2012.

[2]童秉樞.現代CAD技術[M].北京：清華大學出版社，2010.

[3]周卿.基于UNIGRAPHICS NX/OPEN 的虛擬裝配系統開發及應用研究[Z].2009.