基于So lidw orks二次開(kāi)發(fā)的組合銑鼓輪兩斜面夾具設(shè)計(jì)研究

魏先讓,丁　康,唐紅濤（浙江三花股份有限公司,浙江　新昌　312500）

基于So lidw orks二次開(kāi)發(fā)的組合銑鼓輪兩斜面夾具設(shè)計(jì)研究

魏先讓,丁康,唐紅濤
（浙江三花股份有限公司,浙江新昌312500）

摘要：夾具是制造系統(tǒng)中的重要組成部分，組合夾具具有柔性好、標(biāo)準(zhǔn)化、調(diào)整容易等特點(diǎn)，在新產(chǎn)品試制、多品種小批量生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)加工鼓輪兩斜面這一具體要求，提出基于Sol idworks二次開(kāi)發(fā)的夾具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)加工鼓輪兩斜面的組合夾具，并使用SolidWorks進(jìn)行三維建模，對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

關(guān)鍵詞：組合夾具;Sol idWorks二次開(kāi)發(fā);鼓輪

1　引言

夾具設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)主要取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和技能[1]。隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展，研究人員使用計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)(CAFD)開(kāi)發(fā)了一種自動(dòng)化組合夾具設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)，只需確定工件夾具的定位和夾緊位置，組合夾具設(shè)計(jì)就變成了一個(gè)從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇適當(dāng)元件并將它們按照期望配置裝配的過(guò)程[3]。設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免制造時(shí)修改和返工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。另外，對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)可以得到組合夾具標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，建立CAFD系統(tǒng)，便于以后更換零件或加工不同工序時(shí)，可調(diào)用零件設(shè)計(jì)新的組合夾具，提高了企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)的能力，既節(jié)約了大量的時(shí)間，又降低了研發(fā)成本，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2　組合夾具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文主要針對(duì)加工鼓輪兩斜面這一工序，零件參數(shù)如圖1所示，在加工A、B兩斜面時(shí)，鼓輪外圓φ75H 9，內(nèi)孔φ28H 9和φ75H 9，以及孔φ16H 9都已加工完畢。該零件的技術(shù)要求為：加工的斜面中心到鼓輪左端面距離為85mm，斜面寬度為12mm。其中，A斜面與水平面逆時(shí)針夾角為51.3°，與經(jīng)外圓中心且與水平面逆時(shí)針成51.3°的平面平行距離為28mm；B斜面與水平面順時(shí)針夾角為61.3°，與經(jīng)外圓中心且與水平面順時(shí)針成61.3°的平面平行距離為27mm。兩斜面加工表面粗糙度沒(méi)有特殊標(biāo)記，一般為Ra3.2-6.3，精度要求并不高。零件材料為45鋼，采用端銑銑兩斜面，經(jīng)粗銑、精銑達(dá)到零件兩斜面所需的尺寸要求和表面粗糙度要求。

圖1　鼓輪零件圖

2.1定位裝置設(shè)計(jì)

為了保證工件被加工表面的技術(shù)要求，必須使工件相對(duì)刀具和機(jī)床處于正確的加工位置。在使用夾具的情況下，就要使機(jī)床、刀具、夾具和工件之間保持正確的加工位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

根據(jù)六點(diǎn)定位原理[2]，要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的六個(gè)自由度。同時(shí)，避免零件的定位出現(xiàn)過(guò)定位和欠定位的情況。根據(jù)加工斜面與鼓輪左端面距離及位置要求，需限定Y方向和Z方向移動(dòng)自由度，X方向和Z方向旋轉(zhuǎn)自由度；根據(jù)斜面與過(guò)軸心線平面的夾角關(guān)系，需限定Y方向旋轉(zhuǎn)自由度；根據(jù)斜面的深度要求，需限定X方向移動(dòng)自由度。使用面和短銷(xiāo)限定5個(gè)自由度，側(cè)面支撐釘限定1個(gè)自由度，定位方案如下：

（1）左端面限定3個(gè)自由度。根據(jù)斜面槽與左端面平行的關(guān)系，且根據(jù)基準(zhǔn)重合的原則，應(yīng)選左端面為定位基準(zhǔn)，其可以限定3個(gè)自由度，此為第一基準(zhǔn)面。

（2）短銷(xiāo)限定2個(gè)自由度，側(cè)面菱形銷(xiāo)限定1個(gè)自由度。

由以上定位方案可知，工件的定位主要使用三個(gè)元件，用于平面、內(nèi)孔的定位。其中，左端面的定位可以選擇圓形定位盤(pán)，內(nèi)孔的定位可以選擇圓形定位銷(xiāo)，側(cè)面的定位可以選用菱形定位銷(xiāo)。定位裝置如圖2所示。

圖2　零件定位裝置

2.2夾緊裝置設(shè)計(jì)

在夾緊工件的過(guò)程中，夾緊作用的效果會(huì)直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率[5]。因此，設(shè)計(jì)夾緊裝置應(yīng)遵循工件不移動(dòng)原則、工件不變形原則、工件不振動(dòng)原則、安全可靠原則、經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則。

本文的零件為圓柱形的鼓輪，根據(jù)其定位方案和結(jié)構(gòu)特征，采用壓板夾緊的方案將鼓輪兩端面夾緊，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的夾緊。夾緊兩端面時(shí)手里方向垂直于主要定位面，有利于工件的準(zhǔn)確定位；端面受力面積大，夾緊力作用在零件剛性好的端面，可以減小夾緊裝置對(duì)零件的夾緊變形和破壞。壓板裝置中壓板可采用凸輪、螺母、螺釘或拉桿來(lái)夾緊。壓板可以用手退回，從工件上轉(zhuǎn)離，或全部卸去以讓開(kāi)工件。夾緊裝置設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3夾具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

夾具的定位和夾緊裝置已經(jīng)確定，將這些元件和裝置連接成一個(gè)有機(jī)的整體，還需設(shè)計(jì)夾具的基座和骨架。本文所設(shè)計(jì)的夾具為組合夾具，在設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)時(shí)，可以采用“堆積木”的方式，主要使用基礎(chǔ)件、支承件、緊固件等構(gòu)成夾具基本形態(tài)。夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖4所示：

圖3　零件夾緊裝置夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4　夾具結(jié)構(gòu)方案圖

3　參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

3.1SolidWorks應(yīng)用程序接口技術(shù)

SolidWorksAPI（ApplicationProgrammingInterface，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)接口）是指SolidWorks程序提供給開(kāi)發(fā)人員使用的接口，用戶(hù)可以利用它和支持OLE編程的開(kāi)發(fā)工具[4]，如VB、VBA(Excel,Access)、C、VC++等對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立適合用戶(hù)需要的、專(zhuān)用的SolidWorks功能模塊。

SolidWorks將其內(nèi)部數(shù)據(jù)以對(duì)象的形式組織起來(lái)，形成一個(gè)對(duì)象層次結(jié)構(gòu)。SolidWorksAPI通過(guò)面向?qū)ο笏枷胩峁┝怂械慕涌趯?duì)象，這些對(duì)象是采用COM技術(shù)構(gòu)造的。作為一個(gè)對(duì)象，它包括類(lèi)型、屬性和方法幾個(gè)方面。開(kāi)發(fā)者通過(guò)操縱對(duì)象的屬性和調(diào)用對(duì)象的方法便可以建立自己的應(yīng)用程序，在程序里實(shí)現(xiàn)諸如生成直線、構(gòu)造線、零件裝配等幾乎所有的SolidWorks軟件的功能，實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)。

圖5　SolidWorks的對(duì)象層次體系

3.2標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立

3.2.1標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)規(guī)劃

依照?qǐng)D6依次建立組合夾具元件參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中，每一個(gè)零件都有都標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，具有一系列規(guī)格參數(shù)，如表所示的支承件中的一個(gè)零件—小長(zhǎng)方支承，其規(guī)格參數(shù)即為長(zhǎng)（L）、寬（B）、高（H），這也是參數(shù)化過(guò)程中需要控制的變量。

圖6　組合夾具元件庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

3.2.2標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)模型建立

利用SolidWorks建立組合夾具零件的三維模型，繪制草圖，添加尺寸約束，添加特征，完成零件的三維建模[6]。這樣，便建立好了夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的元件模板。表1所示為部分零件的三維模型。

表1　部分零件的三維模型

3.2.3標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)尺寸驅(qū)動(dòng)

進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)之前，先要調(diào)用模板元件，即調(diào)用SolidWorks API對(duì)象，如零件、裝配體和工程圖，然后修改API對(duì)象屬性，如長(zhǎng)度、直徑以及拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)等特征[7]。在零件幾何特征不變的約束下，把零件的尺寸參數(shù)視為驅(qū)動(dòng)變量。當(dāng)給定不同的尺寸變量值時(shí)，就可生成一系列結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同的相似零件，如表2所示。

表2　不同尺寸下的支承件建模示例

以對(duì)稱(chēng)槽方支承零件的參數(shù)化為例，通過(guò)VB編程實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化的具體過(guò)程如下：

（1）打開(kāi)模板零件

strfilename=App.Path & "零件支承件對(duì)稱(chēng)槽方支承.SLDPRT"

‘設(shè)置模板元件路徑

Set part=swApp.opendoc4(strfilename,1,0,"",longstatus)

‘打開(kāi)模板零件

Set part=swApp.activatedoc("對(duì)稱(chēng)槽方支承.sldprt")

‘激活模板零件

（2）聯(lián)系A(chǔ)PI對(duì)象屬性

DimHAsDouble‘設(shè)置變量

Dim B As Integer

Dim L As Integer

strfilename="@對(duì)稱(chēng)槽方支承.sldprt"

part.Parameter("D 1@草圖1"&strfilename).systemvalue=L/1000

‘聯(lián)系到模板零件的具體尺寸

part.Parameter("D 2@草圖1"&strfilename).systemvalue=B/1000

part.Parameter("D 1@凸臺(tái)-拉伸1"&strfilename).systemvalue=H/1000

（3）尺寸參數(shù)變量賦值

L=Val(Text1.Text)‘變量賦值

B=Val(Text2.Text)

H=Val(Text3.Text)

4　參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)例

基于以上關(guān)鍵技術(shù)，本研究開(kāi)發(fā)了組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)SolidWorks的二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)二級(jí)菜單，其中，第一級(jí)菜單主要內(nèi)容是夾具元件的種類(lèi)，如基礎(chǔ)件、定位件等等；在一級(jí)菜單的下拉菜單設(shè)置二級(jí)菜單，二級(jí)菜單的主要內(nèi)容是各類(lèi)型元件中的具體零件，如基礎(chǔ)件下的長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板，支承件下的小長(zhǎng)方支承、對(duì)稱(chēng)槽支承等，如圖7所示。

圖7　系統(tǒng)功能菜單

圖8為通過(guò)該系統(tǒng)建立一個(gè)長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板的示例。首先通過(guò)長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板功能塊，對(duì)零件規(guī)格參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，然后點(diǎn)擊“繪制零件”按鈕，系統(tǒng)便自動(dòng)建立一個(gè)該參數(shù)的SolidWorks長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板零件。通過(guò)簡(jiǎn)單的操作便實(shí)現(xiàn)了零件設(shè)計(jì)過(guò)程中的參數(shù)化設(shè)計(jì)，極大的簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。

圖8　生成長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板實(shí)例

圖9　組合夾具裝配圖

根據(jù)夾具設(shè)計(jì)方案，將設(shè)計(jì)中所需的夾具元件裝配起來(lái)，通過(guò)在SolidWorks軟件中對(duì)相關(guān)零件添加合理的裝配關(guān)系，使所有零件有機(jī)的組成一個(gè)裝配體。裝配體效果如圖9所示。在裝配完成后，對(duì)組合夾具局部進(jìn)行調(diào)整，在滿(mǎn)足零件的加工要求和無(wú)干涉情況后確定設(shè)計(jì)方案。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文分析了加工鼓輪兩斜面的定位和夾緊方案，基于計(jì)算機(jī)輔助夾具的設(shè)計(jì)思想，使用VisualBasic6.0對(duì)SolidWorks平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)夾具元件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，建立了相應(yīng)的組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了銑鼓輪兩斜面的組合夾具，并建立裝配體的三維模型。

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通訊作者：唐紅濤（1987-），男，湖北荊州人，講師，博士，研究方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)。