組合夾具設(shè)計系統(tǒng)在機械制造工程學(xué)課程設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用

萬宏強

摘要：針對機床夾具設(shè)計中各標準元件需要重新設(shè)計的問題，開發(fā)了一套組合夾具設(shè)計系統(tǒng)。用戶可針對通用機床夾具的設(shè)計問題，調(diào)用相關(guān)的零件，進行模型裝配，也可在原模型的基礎(chǔ)上進行重新設(shè)計。該夾具設(shè)計系統(tǒng)的使用，為學(xué)生的機械制造工程學(xué)課程設(shè)計從傳統(tǒng)的二維夾具設(shè)計向三維變化提供了素材，以適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，也可為教師課程教學(xué)提供新穎的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：夾具;模型;三維設(shè)計系統(tǒng);課程設(shè)計

0 ?引言

機械制造工程學(xué)課程設(shè)計是綜合性的關(guān)于機械制造工藝方面的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過此課程設(shè)計，能夠綜合運用基本理論以及實踐完成工藝規(guī)程編制及機床夾具設(shè)計工作，具備運用機械制造技術(shù)解決實際工程問題的能力。其中機床夾具設(shè)計是核心內(nèi)容，但學(xué)生在進行機床夾具設(shè)計時依然通過查閱紙質(zhì)版的教材、參考資料、手冊及網(wǎng)絡(luò)資源等進行設(shè)計及計算，這和機械制造的數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀相脫節(jié)，不能適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展[1]。

在機械制造中，隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代的加速，產(chǎn)品的生產(chǎn)批量不斷向小批量、多品種方向發(fā)展，傳統(tǒng)的專用夾具設(shè)計已進入三維化、數(shù)字化階段。組合夾具設(shè)計系統(tǒng)是一種組合夾具各種標準元件或多種零件的信息及三維模型存放系統(tǒng)。學(xué)生可對元件或裝配體示例進行檢索，提取信息及相關(guān)三維模型，供機械設(shè)計、制造等工序使用[2-4]。

以SolidWorks等三維繪圖軟件為基礎(chǔ)，構(gòu)建組合夾具設(shè)計系統(tǒng)，可使學(xué)生在機械制造工程學(xué)課程設(shè)計過程中提高設(shè)計效率，也可提高設(shè)計的標準化程度，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代制造的素質(zhì)，滿足教學(xué)需要。

1 ?組合夾具設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計原則

組合夾具設(shè)計系統(tǒng)的要求如下：①具有各類型的標準件;以最新標準為依據(jù)，針對結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同將其詳細分類，分析其結(jié)構(gòu)特征。②具有擴展標準件庫的能力。③具有便于實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成的功能。④具有易學(xué)易用的人機交互界面。⑤具有對應(yīng)標準件模型供用戶裝配等操作。

2 ?組合夾具設(shè)計系統(tǒng)的內(nèi)容

組合夾具一般有槽系和孔系兩大類型，都有大型（16mm槽，M16孔）、中型（12mm槽，M12孔）和小型（8mm或6mm槽，M8孔）之分。其元件按種類可以具體劃分為9大類，其中基礎(chǔ)件、支承件起支承作用，為基礎(chǔ)部件，定位件、調(diào)整件起定位作用，壓緊件、緊固件起夾緊作用，其他件、合件及其組裝工具等起配合作用。其元件的分類互相對應(yīng)，有利于兩種組合夾具元件互換。

利用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫建立了組合夾具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的標準數(shù)據(jù)476類，用AutoCAD完成了組合夾具標準件的工程圖，在三維軟件建立了標準元件。

組合夾具設(shè)計系統(tǒng)運行界面（圖1）包括4部分內(nèi)容：分類、二維示意圖（三維渲染圖）、標準件數(shù)據(jù)及操作按鈕（二維放大、三維放大、顯示（篩選數(shù)據(jù)工具）、詳細數(shù)據(jù)、退出、打開、關(guān)于）。

3 ?組合夾具設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用

以車床法蘭盤組合夾具設(shè)計為例說明組合夾具設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用過程。

CA6140臥式車床上的法蘭盤零件的三維模型如圖2所示，內(nèi)孔與軸承外圈配合，外圓與箱體孔配合。零件材料：HT200;大批大量生產(chǎn)。毛坯三維模型如圖3所示，鑄造成型，內(nèi)孔Ф31mm。擬定零件的機械加工工藝路線，設(shè)計工序中鉆雙孔的孔系組合夾具。

本工序為鉆孔工序，鉆削2個孔到Φ11。根據(jù)加工要求，需限定5個自由度，定位方案：①矩形基礎(chǔ)板限定3個自由度，此為第一基準面。②V型塊限定2個自由度。③定位圓環(huán)限定1個自由度，共限制6個自由度。定位模型如圖4所示，夾緊裝置如圖5所示，鉆雙孔孔系組合夾具總裝三維模型如圖6所示，夾具爆炸三維模型如圖7所示。

4 ?實物模型搭建

在完成課程設(shè)計中機床夾具設(shè)計后，使用三維軟件導(dǎo)出工程裝配圖，并按機械制圖要求標注圖紙尺寸及其精度、形位公差、技術(shù)要求等其它要素，并進行精度、強度、剛度計算，完善設(shè)計結(jié)果。

依據(jù)三維模型，在實物庫中調(diào)取待加工零件及相關(guān)夾具元件，完成所設(shè)計夾具的實物拼裝，拼裝完成的實物示例如圖8所示。

5 ?結(jié)論

該組合夾具設(shè)計系統(tǒng)已申請軟件著作權(quán)，相關(guān)實物由長沙佳訊教學(xué)設(shè)備有限公司制造。該組合夾具設(shè)計系統(tǒng)模型覆蓋了現(xiàn)行國家及行業(yè)標準的組合夾具，有相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、CAD圖形、三維模型，可供學(xué)生學(xué)習(xí)，也可供工程技術(shù)人員使用。系統(tǒng)提供了車床法蘭盤、車床輸出軸等不同零件的工藝過程、配套槽系和孔系組合夾具設(shè)計模型，編寫了配套的《組合夾具設(shè)計系統(tǒng)使用手冊》。組合夾具設(shè)計系統(tǒng)性價比高，實物元件可以按套配置，也可以按類型配置。該系統(tǒng)為機床夾具設(shè)計教學(xué)與實驗提供了一種可行的方案，可在一定程度上提高課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

參考文獻：

[1]鄭德星，陽程.機械制造工藝與夾具綜合實踐教學(xué)改革與探索[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2012（08）：73-74.

[2]張興權(quán)，余曉流，汪永明，單建華，張良安，裴善報.UG三維建模在機床夾具設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011，28（02）：118-120.

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