基于實例的機床夾具設計系統及其夾具庫的研究與開發

唐小軍

摘 要：現階段，在機電產品當中家具仍然占據重要地位，當前量具和刀具已經實現標準化制作，用戶只需要按照實際需求進行選購。而夾具的發展卻遭受較多制約因素。企業需要全面提升夾具設計效率。基于以上發展現狀，本文主要是基于實例探討分析機床夾具設計系統及其夾具庫的研究與開發，希望能夠對現代夾具設計系統的開發起到一定的參考性價值。

關鍵詞：機床夾具；設計系統；夾具庫；研究開發

在制造業的產品生產期間，根據特定工藝需要涉及到較多的工藝裝備，并與制造系統的生產效率和柔性之間存在較大關聯性。在各類工具當中夾具屬于專業化程度高并最復雜的工藝裝備。按照我國現有的機械工藝水平來看，產品生產準備周期通常占據整個研制周期的60%左右。傳統機床夾具設計都是由設計人員利用類比法和經驗法進行對比分析，因此需要進行大量的手工計算，之后繪制機床夾具的零件圖和裝配圖，以上工作程序都需要大量勞動力，具有較長的設計周期，并且效率不高。隨著現代技術的不斷發展，逐漸出現了大量計算機輔助技術，在實際設計期間有效結合知識工程和輔助設計技術，這樣就能夠全面優化和改良夾具設計系統。

1 機床夾具設計原則

1.1數控加工中機床夾具變化情況

在實際生產期間已經廣泛應用數控機床和加工中心，在機械制造業發展值得在也逐漸應用各類機械零部件。由于該類零部件具有較高的精度要求，因此在生產總工時當中占據重要位置。在完成數控加工之后能夠確保質量安全性，還可以加強生產效率，減少交貨時間。因此在機械加工期間大部分都是應用集中工序。在同一機床上能夠進行粗加工和精密加工，由于大部分工件都比較復雜，所以在完成基準加工之后，需要在加工中心完成所有加工。由于機床存在以上特點，因此會直接影響夾具設計。常規的夾具主要功能為對刀，導向，夾緊以及定位等。不同導向鉆套也能夠獲取較高孔位置精度。其次，在編程當中也可以明確刀具的實際位置，加工中心能夠實現測量和觸頭功能，這樣就能夠有效解決銑刀對刀問題。

1.2機床夾具設計的通用原則

（1）確保工件加工精度，需要準確制定定位方案，夾緊方案，刀具導向方案以及技術原則等，還需要進行誤差計算和分析。（2）在進行大批量生產時需要使用簡單結構全面減少輔助時間，強化生產效率。在進行小批量生產時需要全面符合夾具功能要求，簡化結構，降低制造成本。（3）夾具的基本功能就是定位和夾緊，其他功能都屬于以上兩種方案的延伸。所以在設計夾具時需要將夾緊方案和定位方案作為基礎設計要求，全面按照高效經濟原則進行設計。

1.3定位設計方案

定位方案主要是由多個定位元件組成，所以在對定位方案進行設計分析時主要包括定位元件數量，形狀，位置尺寸以及材料等。

夾具設計的任務主要是在一定范圍之內對定位工件，按照工件定位要求需要滿足正確定位和準確定位兩方面要求。（1）正確定位：要求該方案能夠對工件自由度進行約束，使其能夠達到正確的加工位置；（2）準確定位：需要確保工件在夾具當中準確定位，盡量減少定位誤差。

1.4夾緊方案的設計原則

夾緊設計方案主要包括選擇夾緊機構，確定夾緊力等。動力裝置，傳力機構以及夾緊元件等組成夾緊機構。其中，動力裝置提供外力，利用傳力能夠對大小進行改變，之后應用夾緊元件對方向進行改變，給予工件夾緊力。夾緊方案的設計內容主要包括夾緊力的大小，方向，結構，作用順序和作用點等。在實際設計期間對工件夾緊的要求主要包括穩定性和有限變形等方面。其中，穩定性主要是確保工件在切削期間不會出現位移現象，抗震性能高；有限變形主要是將變形控制在允差范圍之內。

2 基于實例的機床夾具設計

2.1基于實例的機床夾具設計知識推理

（1）分析CBR應用于夾具CAD的可行性：基于實例的推理思想主要是再次利用人類經驗，所以可以將其應用在弱理論當中。在設計機床夾具時數弱理論支持以及復雜的過程，因此CBR技術在夾具設計臨桂的應用和研究都具有一定的可行性。

（2）產品的市場需求是化住哪個在CBR應用在夾具CDB中的前提：在對夾具功能需求方面市場始終處于漸變過程，這就導致不同實際的同類型產品在功能方面相似性較大，因此在設計方面也會產生相似性。

（3）給予CBR的CAD系統能夠滿足創新設計需求：CBR推理過程靈活性較高，因此不會對設計人員的設計思維產生限制影響，并且利用設計實例調整和檢索能夠幫助設計人員開拓思維。

2.2夾具庫的總體規劃

參考機床夾具設計手冊，此次系統機床夾具零部件庫體系結構圖如圖所示，在設計夾具時可以從國家標準表當中查詢零部件的尺寸結構以及精度，熱處理需求以及表面粗糙度等。

3 機床夾具系統的開發

3.1機床夾具設計系統的流程

此次研究的夾具設計系統流程如圖2所示，將交互式設計方法完成新機床夾具實例，在進行模板化和規范化處理之后上傳到實例庫，擴充實例庫，從而積累知識量。

3.2功能的開發與實現

在自定義目錄下創建prt，code等文件夾，之后將DLL文件和菜單文件放置在startup文件夾當中，之后application文件夾當中設計圖片文件和對話框文件等，在prt文件下存放模板文件，在user_prt文件夾當中放置變異結果等。

（1）菜單與對話框設計：1）制作對話框與菜單：在合計應用程序時需要注意用戶界面，UG給予了兩個模塊能夠生成應用程序的用戶界面，還需要設計編輯和創建的工具條和下拉菜單。在完成對話框編輯之后需要進行存盤處理，此時該系統就能夠產生C源碼模板文件和對話框資源文件。

（2）利用MenuScript調用UIStyler：由UIStyler產生的對話框可以在MenuScript當中隨意調用，在入口函數當中使用函數觸發菜單命令激發用戶應用

（3）創建程序框架實現參數化驅動：由于UG屬于允許程序訪問和搭建，并能夠將UG對象模型進行改變的程序集，在該程序集當中建立上千個UG操作函數，這樣能夠操作UG數據庫，文件管理系統以及圖形終端等。大部分UG操作都能夠應用UG API函數實現。

（4）連接數據庫：在數據庫系統開發當中，能夠給予API，ODBC等多種數據庫訪問技術。不同技術具有不同的特點，然而對于一般應用的開發，在ODBC和MFC數據庫當中都具備ODBC函數，因此就可以應用MFC創建ODBC程序，使用該種方式就不需要處理程序函數，直接對數據庫進行操作，因此廣泛應用于ODBC開發當中。

與數據庫連接主要是建立CDatabase對象，之后利用其中的OPEN成員函數進行連接。建立CRatabase對象能夠對連接數據源的數據庫進行操作，完成系統的各項功能。

4 結束語

綜上所述，在制造技術當中機床夾具屬于重要的工藝裝備，對產品的制造成本和加工精度等方面都產生重要影響。此次研究主要是將機床夾具作為研究對象，分析了給予實例的機床夾具設計方法，并且完成設計系統和夾具庫的開發，這樣能夠顯著減小夾具設計時間，降低設計人員的設計強度，能夠從根本上提升機床夾具設計質量。

參考文獻

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