計算機輔助夾具設計系統的開發

崔同軍（哈爾濱電機廠有限責任公司,　哈爾濱　150040）

計算機輔助夾具設計系統的開發

崔同軍
（哈爾濱電機廠有限責任公司,哈爾濱150040）

摘要：計算機輔助夾具設計技術是一種先進的生產制造技術，擁有廣闊的市場和發展空間。該設計系統的開發和應用在一定程度上說是一種計算機技術。它通過夾具模型來編碼實例系統，進行開發和設計。本研究通過對夾具內容和特點的分析,針對目前計算機輔助夾具設計技術研究中存在的問題進行進一步探討，對該夾具設計系統的開發提出具體的方案措施。

關鍵詞：計算機輔助；夾具設計；基于實例的設計

0　前言

夾具設計是現代工業的一種新型工業設計，夾具的開發和研制周期將決定產品的質量和成本，也決定了企業的高科技發展狀況，畢竟科技是第一生產力，高科技可以為生產技術的發展提供方便和利益。使用計算機技術輔助開發夾具，可以提高夾具的設計質量，使的設計資源共享和智能化的程度得到提高。在信息的處理和使用方面都高度數字化，為夾具設計技術領域提供技術支持。

1　CAFD技術概述

夾具設計過程包括信息輸入,設計決策,夾具設計評價校驗和夾具設計結果輸出。輸入信息的內容包括零件信息和零件加工工藝信息，設計決策包括以下五個方面：輸入信息分析、選擇定位基準、選擇定位/夾緊方法、選擇和設計定位/夾緊裝置及機構、夾具結構設計。夾具設計評價和校驗的內容包括：綜合性能評價、剛度計算、夾緊力校核、刀具干涉校驗。夾具輸出設計則需夾具三維裝配圖、夾具元件明細表、夾具管理信息。計算機輔助夾具設計系統的研制和開發是直接從零件CADCIAPP集成環境中獲取工件信息,將讀取的信息作為夾具設計的已知條件進行夾具的計算機輔助設計與分析,以實現夾具的自動設計。計算機輔助夾具設計系統一般被分為工件裝夾規劃,夾具方案設計,夾具結構設計,夾具性能評價。

2　計算機輔助夾具設計系統的發展現狀

2.1國內外CAFD系統的發展現狀

目前對CAfD的研究可以分為交互式夾具CAD系統、基于成組技術和基于知識變異式和生成式系統、自動化系統。交互式計算機輔助系統是用戶自身來決定定位點和元件。操作費時但很有意義。第二種系統建立了相對完善的專業知識庫，可以回答用戶的問題并提供相應的解決方案。自動化的系統可以能產生具體的夾具結構。國外開發的部分系統主要有系統原理基于成組技術交互生成夾具裝配圖，W.Ma,Z.Lei,Y.Rong等人研制的計算機輔助標準夾具構型設計系統等技術都較為成熟。二十世紀八十年代我國也開始了計算機輔助夾具設計系統的研究，黃永強、劉文劍、朱耀祥教授等人都對CAFD系統軟件進行了相關的開發和研究，取得了不錯的進展。

2.2目前 CAFD系統研究中存在的問題

目前為止，越來越多的人們已經發現了CAFD系統的在機械制造行業的重要作用，但是各項研究成果僅限于某個單項技術，缺乏實用性。雖然在學多專家學者的研究下已經有了許多原型，但是同CAD、CAM、PDM、Msl等相關計算機輔助技術相比,差距很大。首先是知識的重復利用造成時間和資源的浪費，在設計師開始設計新產品時使用技術數據、資料和工程經驗不能及時有效的提取，使夾具開發的效率低下。目前已有的夾具CAD系統中,對于CAFD與其它CAX系統的集成研究較少,所需的夾具設計信息需要靠人工輸入,有些系統雖然實現了集成,但集成程度較低或集成的方法復雜。夾具設計的基本立足點是降低成本和減少研發周期，因為夾具設計資源知識化程度低，所以影響了夾具設計的智能化程度。對設計人員的水平有較高的要求。

3　系統開發方法初探

3.1計算機輔助夾具設計系統需求分析

CAFD系統的總體目標是利用已有的資源數據庫，與高智能計算機應用結合，快速管理和設計夾具。通過該系統來實現夾具的三維設計，對夾具設計中用到的標準件、通用件、典型結構件等,建立圖形庫，快速輸出二維圖紙；建立歷史資料實例庫，實現系統設計的自動化和智能化。最后要方便的實現夾具知識庫的擴充、維護和升級。

3.2 CAFD系統功能設計分析

功能設計包括五個方面：夾具設計模塊、、設計推理模塊、圖形管理模塊、知識管理模塊和系統接口模塊。零件形狀是設計夾具的基本信息，對于不同零件的表面信息和尺寸形狀要求要精確無誤，還要對材料進行熱處理，在工藝布局的時候要考慮工藝類型和機床信息。對于批量生產的產品要進行成本估價。加工表面的關鍵尺寸及其公差影響到夾具結構的復雜性，所以在精確度方面有很高的要求。分析與識別有一定裝夾特征的表面是夾具設計過程中定位的關鍵，可定位表面的表面粗糙度、公差、定位精度等都是可定位表面的裝夾特征。表面之間的相互關系都是十分重要的，平行或垂直，距離的遠近,空間的方位和距離,對夾具精度分析與校核很有用的。

3.3夾具模型的構建

夾具設計是一個高度依賴經驗的設計過程，設計師往往需要找出與新夾具最為相似的模型進行調整來獲得新夾具的設計。產品信息建模是產品開發的重中之重，對夾具設計的信息需求進行整合，首先是產品的結構模型：結構物料清單、結構分類、產品結構樹等來表達產品結構。將創建過程、數據、表格、功能、網絡地址等輸入產品之中，幾何模型的創建也尤為重要，如產品的線框模型、表面模型、實體模型，用點、線、面的集合來表達產品的空間體形信息。還要對產品的功能特征，形狀特征等進行數據化的處理。集成產品模型是完整意義上的產品信息模型,它是對幾何模型、特征模型及其相應建模技術的進一步綜合和擴展。夾具信息模型不僅僅是圖形的繪制，更包括了許多的動態信息,所以夾具設計是一個變換、漸增和進化的過程，演化的過程中伴隨著基于知識的特征變換和模型協調。

4　結束語

夾具是一種工藝化程度很高的裝備，用現代科技來進行相應的設計開發可以提高生產效率，滿足不同的工藝要求，減少人力資源的浪費。計算機輔助夾具設計技術的復雜性和應用性決定了該項技術潛在的巨大的市場價值，本研究通過對CAFD技術概述的闡釋和對國內外CAFD系統的發展現狀以及現階段的問題進行分析，將計算機輔助夾具設計系統需求、CAFD系統架構、CAFD系統功能設計、夾具模型的構建都進行了具體的闡釋和分析，希望可以為計算機輔助夾具設計技術的發展提供參考，為我國機械制造行業的發展建言獻策。

參考資料：

[1]朱耀祥等.KXMFCAD一面向生產的計算機輔助孔系夾具設計系統.全國第二屆計算機集成制造系統學術會會議論文集[M].北京,清華大學出版社.

[2]金天國,劉文劍.支持并行工程的夾具TOP一DOW閃設計系統[Z].計算機集成制造系統一CIMS,2011(10).

作者簡歷：崔同軍(1979-)，工程師,主要從事：夾具設計。