SolidWorks在多點柔性夾具端部位置獲取環節中的應用

劉延成，丁武學，彭斌彬，沈一

(南京理工大學 機械工程學院，江蘇 南京 210094)

0 引言

圖1所示為多點夾具的支撐部分簡化示意圖。伸縮桿為點陣單元，其支撐端部為了適應法線方向不相同的曲面，通常為球面構件[1-4]。多點夾具的高柔性程度使得它能配合機床加工大多數的不封閉曲面工件。但是，由于求解其端部在裝夾工件時的位置(即球心移動距離，下文中簡稱點位)比較困難，該類夾具并沒有得到推廣。面對十分簡單的曲面工件，可以采用虛擬裝夾的方法求解柔性工裝的定位參數[5]。但是，夾具支撐單元數量眾多，每次裝夾不同工件時，都需要重新定義約束，效率低下。此外，當裝夾復雜外形工件時，會遇到工件曲面與支撐端部無法構建相切約束的情況，導致虛擬裝夾失敗。

1—伸縮桿(夾具裝配體中的子裝配體)；2—插座；3—底座圖1 多點夾具支撐部分簡化示意圖

目前，國外著名的多點柔性夾具制造商均沒有為其夾具提供相應的輔助點位尋覓軟件[6-7]。而國內對于多點夾具點位尋覓的理論雖然豐富，但應用于實踐的極少[8-11]。

1 點位的獲取與存檔

1.1 點位的確定

利用SolidWorks建立夾具與工件模型。在夾具裝配體模型中給每個支撐單元設置干涉傳感器，勾選視重合為干涉復選框。打開SolidWorks Motion插件，給每個單元柱添加電機，建立基于事件的仿真。事件如流程圖(圖2)所示。

圖2 事件流程圖

其思路是：支撐桿件在電機驅動下做直線上升運動，當其端部接觸工件曲面時，觸發干涉傳感器，電機得到信號后立即停止。認為此時支撐端部的位置即為其與工件處于相切狀態時的位置。通過同時驅動多個支撐端部，即可以批量獲得點位。

1.2 點位數據的批量存檔

在SolidWorks中設置n個尺寸傳感器，尺寸為伸出桿端部與夾具上某一固定平面的距離。通過VBA對SolidWorks進行二次開發，對n個傳感器內數據進行批量讀取與存檔。其核心代碼如下：

1) 批量獲取傳感器測量數據

For i = 1 To a ' a為尺寸傳感器個數

Set swFeat(i) = swSelMgr.GetSelectedObject6(i, -1)

'獲得設計樹中選中的特征

Set swSensor(i) = swFeat(i).GetSpecificFeature2

'獲取傳感器

swSensor(i).UpdateSensor

'更新和評估傳感器

Set swDimSensor(i) = swSensor(i).GetSensorFeatureData

'獲取傳感器數據

sensorValue(i) = swDimSensor(i).sensorValue

'讀出傳感器數據中的測量數據

Next i

2) 批量存儲(EXCEL)數據

For j = 1 To a

xsheet.Cells(j, 1) = swFeat(j).Name

'第一列數據為傳感器名稱

xsheet.Cells(j, 2) = sensorValue(j) * 1000

'第二列數據為傳感器值

Next j

將代碼編寫成SolidWorks可以調用的宏文件，當夾具各支撐端部處于準確裝夾位置時，僅需調用宏即可。

2 實例

夾具與工件的裝配體如圖3所示。由于設置了干涉傳感器，且勾選視重合為干涉，所以裝配體中伸縮桿的伸出桿必須不與其他零部件接觸。否則，其無法作為基于事件仿真中的觸發器。為了減少計算時間與示圖明了，將支撐端部盡量靠近工件曲面，同時將后3排支撐單元隱藏，以第一排三個支撐單元為例。

圖3 實例圖

1) 測量伸出桿端部與夾具中某固定平面的距離并將該尺寸添加至傳感器。同時，設置支撐端部干涉傳感器(圖4)。

圖4 添加傳感器

2) 給各桿件添加電機，然后創建基于事件的仿真，事件設置如圖5所示。最后，開始仿真。仿真過程為圖6所示。

圖5 事件設置

圖6 仿真過程

3) 在支撐單元處于仿真結束后的狀態下，運行編寫的宏文件。運行結束后，得到支撐桿點位的EXCEL文件，其保存結果如圖7所示。

圖7 數據截圖

3 數據精度影響因素分析

理論上傳感器獲得信號后電機立刻停止。但由于計算機掃描傳感器需要時間等原因，仿真測量數據與理論數據存在誤差，其精度不如虛擬裝配情況下測得數據的精度。為了比較電機不同驅動速度下測得數據的差異與精度，在上述實例中創建多個算例，分別設置電機速度為5 mm/s、10 mm/s、50 mm/s、100 mm/s、200 mm/s。此外，測出該工件在虛擬裝配下的點位數據，以此作為參照。如表1所示。

表1 不同測試環境下獲取的點位數據

結果表明：1) 基于事件仿真所測得的數據大于虛擬裝配下所測得的數據；2) 隨著電機速度減小，兩者測量值越接近；3) 當電機速度增大過某一臨界值后，仿真測量結果不再改變，精度較差。

4 結語

該獲取點位的方法優勢有：1) 解決了裝夾復雜曲面(無法與夾具構建相切約束的曲面)時點位難以獲取的問題。2) 在裝夾新工件時，只需將工件定位后，重新計算即可求解點位，減少了每次重新約束相切的工作。3) 批量讀取存儲數據，使得存儲數據能夠輕松與PLC等其他下位機進行通訊。劣勢有：當其定位精度要求較高且點位較多時，一次求解運動算例對計算機的性能要求較高。實際夾具存在零件制造誤差和安裝誤差，仿真數據需要根據其初始實際點位作相應調整。

參考文獻:

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