工裝設計校驗及優化技術研究

陳蘭新

貴陽萬江航空機電有限公司 貴州 貴陽 550018

引言

從改革開放至今，我國社會經濟與科學技術迅猛發展，在此背景下國內機械制造業的發展速度不斷加快，在工裝定位精度以及裝夾穩定程度等方面，人們提出更高要求。為將工裝設計校驗精確性和技術水平提升到更高層次，應該通過應用信息技術實現優化目的，此為工件發展與時代進步的必經之路。

一、工裝設計校驗及優化系統的設計和實現

(一)系統功能模塊的設計。針對工裝設計校驗以及優化技術，全面探析其系統性能與需求，通常可將兩者的系統功能分為三個模塊，一是工裝設計，二是工裝校驗，三是工裝資源管理。在此基礎上，開展分析與探究工作。就工裝設計而言，所設計的主要內容包括工裝底板與工裝墊塊等。然后是工裝校驗，所檢驗的主要內容為工裝設計合理與否，不僅通過一面兩孔方式的應用對幾何精度校驗以及工裝穩定性進行定位，而且合理評價工件表面最大變形。除此之外，從工裝資源管理的角度來講，往往以系統的不同資源為對象，在整合的同時加強管理，包括工裝標件與工裝仿真設備等。

(二)系統功能的實現

1.工裝元件快速設計的實現。為針對工裝元件，實現快速設計和校驗，科學合理應用CAA，此為一項二次開發技術，提供方是CATIAV5軟件。此軟件一般應用兩種形式，一種是工具條，另一種是菜單，由此在CATIA之中，實現對工裝設計快速設計和檢驗需要組件的集成。根據工裝元件快速設計模塊實際情況來看，所包括的部分主要有底板設計和刀元件設計等，因此為實現此項功能，應該逐一實現各項子功能。以刀元件設計等為對象，為將其實現，可逐次選擇裝配點與具體元件等。

2.工裝資源管理的實現。因為可以完美融合UG和NX Open兩種技術開發軟件，所以在本文中，通過UGNX所提供二次開發技術的應用，實現工裝資源管理能力。將服務端確定為資源管理平臺，組件庫、用戶自建庫、仿真設備庫以及工裝實例庫等構成了資源庫，并且任何一個資源庫都具有一個文件，用來儲存資源庫中的資源記錄。用戶在具體應用時，只需輸入相關關鍵字，然后點擊檢索，便會在搜索結果列表中顯示系統中全部與檢索要求相符的記錄。如果缺乏限定檢索條件，那么系統會默認顯示三項內容，一是專業名稱，二是類別，三是代號。隨便點擊一個記錄，便會在詳細信息框內呈現關乎這一記錄的詳細信息，主要包括功能和代號等。不僅可以利用關鍵字進行搜索，也能夠通過分類導航這一方式的應用完成查詢，也就是按分類、專業分類與元件名稱順序，在資源庫目錄中逐步檢索，從而發現相關工件或者是實際案例。

二、數控薄壁工件裝夾變形

(一)工裝結構影響裝夾穩定性。在工件工裝期間，一個十分重要的問題是裝夾穩定性可否與設計標準相適應。因為各項因素的影響和約束，比如設計人員所具備的能力與技術等，現如今在判斷工裝加工穩定性方面存在較大難度，通常設計人員難以在第一時間觀察到工裝設計不穩定狀況。在判斷工件裝夾穩定性時，應該考慮兩方面的內容，一項為工裝結構，另一項為加工切削點受力的實際狀況。除此之外，還應該估算加緊點相互之間的距離，認真、詳細檢查各項性能和參數，主要包括夾緊布局均勻與否、支撐元件數目以及輔助支撐點是否充足等。通過相對模糊方法的應用，也就是以工件信息與定位布局等為切入點，探究工裝結構對工件裝夾穩定性所造成的影響[1]。由相關計算方法和公式可以看出，隨著夾緊布局密度提高，支撐點最小距離平均值和夾緊點最小距離平均值等均逐步減小。由此可知，對于同類或是雷同工件而言，與模糊分析法相關的夾緊布局等對裝夾穩定性所造成的影響較為相似。

(二)加工精度改進措施。因為切削參數密和加工精度以及工裝等級息息相關，并且切削力受到切削厚度和速度的影響，因此以刀具路徑為依據，對切削厚度加以改變，從而控制薄壁變形。與此同時，通過逆銑走刀的應用實施切削，能夠在一定程度上強化工件加工精確性。要控制夾緊變形，應該以數控薄壁件的特征為依據，首先確保工裝穩定性，然后使其始終處于變形臨界值之中，同時以工裝布局支撐點和夾緊點為對象，使兩者相對應，進一步有效控制夾緊變形。

從工裝設計優化角度來講，相關設計者有效改進零件各方面，包括切削厚度、切削力以及刀具路徑等[2]。因切削力的存在，在切削過程中極易對被加工零件產生嚴重影響，使其發生移動，進一步威脅切削加工精度。對此，應該通過真空吸附夾具的應用，并利用它和零件相互之間所產生的摩擦，由此減小甚至消除切削力，從而有效控制零件切削質量，為使零件在切削期間保持穩固狀態提供重要保障。除此之外，為真正通過優化切削參數實現改進零件加工精度的目的，在切削過程中利用高速與小切削力這一加工方法。數控薄壁零件在改進之后，顯著優化切削加工以及工裝設計。而明顯提高工裝設計定位精確性、裝夾穩定性等是最突出的表現。由此可知，為改進薄壁零件加工精確性，優化切削加工參數是一個非常有效的對策。

三、工裝設計檢驗及優化技術的發展趨勢

(一)提高知識化程度。根據當前CAFD系統的具體情況來看，大體局限在簡單工件的組合工裝設計，就復雜工件與工序的工裝設計而言，其設計精度與結構設計均存在一定缺陷，仍舊需要長期探究專用工裝設計。在目前大部分工裝設計環節，扔欠缺對工藝知識的考慮，尚需加強對工裝設計檢驗引進工藝知識的探究。。(二)提升自動化水平。現下，通過觀察圖形識別以及特征自動提取的具體情況可知，兩者的自動化程度都相對較低，正因如此，在自動化程度方面，不論是夾緊點確定還是夾緊機構設計都有一定缺陷，為改進與完善此種狀況，有必要加強人工干預，特別是工件特征識別，其難度更大。

(三)開發獨立的CAFD系統。當前，相關關鍵的CAFD軟件平臺均呈現集成特征，一般集成于三維軟件平臺，比如UG與Solid Words等，現下成熟且獨立于商用CAD軟件的CAFD平臺比較缺乏。通過目前既有CAD平臺的應用實現了簡化CAFD系統開發的目的，不過當前CAD軟件的知識產權非常不利于平臺商業推廣[3]。而隨著我國社會經濟與科學技術的迅猛發展，制造業發展速度不斷加快，日益提高對工裝設計的重視程度，進一步將開發具有自主知識產權的CAFD系統提上日程，通過軟件形式向工裝設計人員呈現一系列設計理論與工藝知識。

結束語

綜上所述，在本文中分析了工裝設計校驗及優化技術系統的功能設計和實現、數控薄壁工件裝夾變形、發展趨勢。影響工裝設計校驗和工裝設計檢驗精確性等的因素十分多樣，唯有通過科學有效應用定位方式，合理進行工裝布局，才可以盡量減輕與控制各項因素產生的影響，從根本上提升工裝設計校驗精確性，并且才能使工件裝夾穩定度與設計標準相符。總而言之，不管是在目前的機械制造行業中還是未來的機械制造行業中，工裝設計校驗及優化技術都是一個非常關鍵的課題。