崔同軍（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,　哈爾濱　150040）

計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)

崔同軍
（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,哈爾濱150040）

摘要：計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)是一種先進(jìn)的生產(chǎn)制造技術(shù)，擁有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展空間。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用在一定程度上說是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)。它通過夾具模型來編碼實(shí)例系統(tǒng)，進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)。本研究通過對(duì)夾具內(nèi)容和特點(diǎn)的分析,針對(duì)目前計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)研究中存在的問題進(jìn)行進(jìn)一步探討，對(duì)該夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)提出具體的方案措施。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助；夾具設(shè)計(jì)；基于實(shí)例的設(shè)計(jì)

0　前言

夾具設(shè)計(jì)是現(xiàn)代工業(yè)的一種新型工業(yè)設(shè)計(jì)，夾具的開發(fā)和研制周期將決定產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，也決定了企業(yè)的高科技發(fā)展?fàn)顩r，畢竟科技是第一生產(chǎn)力，高科技可以為生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提供方便和利益。使用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助開發(fā)夾具，可以提高夾具的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使的設(shè)計(jì)資源共享和智能化的程度得到提高。在信息的處理和使用方面都高度數(shù)字化，為夾具設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域提供技術(shù)支持。

1　CAFD技術(shù)概述

夾具設(shè)計(jì)過程包括信息輸入,設(shè)計(jì)決策,夾具設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)校驗(yàn)和夾具設(shè)計(jì)結(jié)果輸出。輸入信息的內(nèi)容包括零件信息和零件加工工藝信息，設(shè)計(jì)決策包括以下五個(gè)方面：輸入信息分析、選擇定位基準(zhǔn)、選擇定位/夾緊方法、選擇和設(shè)計(jì)定位/夾緊裝置及機(jī)構(gòu)、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。夾具設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和校驗(yàn)的內(nèi)容包括：綜合性能評(píng)價(jià)、剛度計(jì)算、夾緊力校核、刀具干涉校驗(yàn)。夾具輸出設(shè)計(jì)則需夾具三維裝配圖、夾具元件明細(xì)表、夾具管理信息。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制和開發(fā)是直接從零件CADCIAPP集成環(huán)境中獲取工件信息,將讀取的信息作為夾具設(shè)計(jì)的已知條件進(jìn)行夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析,以實(shí)現(xiàn)夾具的自動(dòng)設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)一般被分為工件裝夾規(guī)劃,夾具方案設(shè)計(jì),夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),夾具性能評(píng)價(jià)。

2　計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國內(nèi)外CAFD系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前對(duì)CAfD的研究可以分為交互式夾具CAD系統(tǒng)、基于成組技術(shù)和基于知識(shí)變異式和生成式系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)。交互式計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是用戶自身來決定定位點(diǎn)和元件。操作費(fèi)時(shí)但很有意義。第二種系統(tǒng)建立了相對(duì)完善的專業(yè)知識(shí)庫，可以回答用戶的問題并提供相應(yīng)的解決方案。自動(dòng)化的系統(tǒng)可以能產(chǎn)生具體的夾具結(jié)構(gòu)。國外開發(fā)的部分系統(tǒng)主要有系統(tǒng)原理基于成組技術(shù)交互生成夾具裝配圖，W.Ma,Z.Lei,Y.Rong等人研制的計(jì)算機(jī)輔助標(biāo)準(zhǔn)夾具構(gòu)型設(shè)計(jì)系統(tǒng)等技術(shù)都較為成熟。二十世紀(jì)八十年代我國也開始了計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究，黃永強(qiáng)、劉文劍、朱耀祥教授等人都對(duì)CAFD系統(tǒng)軟件進(jìn)行了相關(guān)的開發(fā)和研究，取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。

2.2目前 CAFD系統(tǒng)研究中存在的問題

目前為止，越來越多的人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了CAFD系統(tǒng)的在機(jī)械制造行業(yè)的重要作用，但是各項(xiàng)研究成果僅限于某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)，缺乏實(shí)用性。雖然在學(xué)多專家學(xué)者的研究下已經(jīng)有了許多原型，但是同CAD、CAM、PDM、Msl等相關(guān)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)相比,差距很大。首先是知識(shí)的重復(fù)利用造成時(shí)間和資源的浪費(fèi)，在設(shè)計(jì)師開始設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)使用技術(shù)數(shù)據(jù)、資料和工程經(jīng)驗(yàn)不能及時(shí)有效的提取，使夾具開發(fā)的效率低下。目前已有的夾具CAD系統(tǒng)中,對(duì)于CAFD與其它CAX系統(tǒng)的集成研究較少,所需的夾具設(shè)計(jì)信息需要靠人工輸入,有些系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了集成,但集成程度較低或集成的方法復(fù)雜。夾具設(shè)計(jì)的基本立足點(diǎn)是降低成本和減少研發(fā)周期，因?yàn)閵A具設(shè)計(jì)資源知識(shí)化程度低，所以影響了夾具設(shè)計(jì)的智能化程度。對(duì)設(shè)計(jì)人員的水平有較高的要求。

3　系統(tǒng)開發(fā)方法初探

3.1計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)需求分析

CAFD系統(tǒng)的總體目標(biāo)是利用已有的資源數(shù)據(jù)庫，與高智能計(jì)算機(jī)應(yīng)用結(jié)合，快速管理和設(shè)計(jì)夾具。通過該系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)夾具的三維設(shè)計(jì)，對(duì)夾具設(shè)計(jì)中用到的標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、典型結(jié)構(gòu)件等,建立圖形庫，快速輸出二維圖紙；建立歷史資料實(shí)例庫，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和智能化。最后要方便的實(shí)現(xiàn)夾具知識(shí)庫的擴(kuò)充、維護(hù)和升級(jí)。

3.2 CAFD系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析

功能設(shè)計(jì)包括五個(gè)方面：夾具設(shè)計(jì)模塊、、設(shè)計(jì)推理模塊、圖形管理模塊、知識(shí)管理模塊和系統(tǒng)接口模塊。零件形狀是設(shè)計(jì)夾具的基本信息，對(duì)于不同零件的表面信息和尺寸形狀要求要精確無誤，還要對(duì)材料進(jìn)行熱處理，在工藝布局的時(shí)候要考慮工藝類型和機(jī)床信息。對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品要進(jìn)行成本估價(jià)。加工表面的關(guān)鍵尺寸及其公差影響到夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以在精確度方面有很高的要求。分析與識(shí)別有一定裝夾特征的表面是夾具設(shè)計(jì)過程中定位的關(guān)鍵，可定位表面的表面粗糙度、公差、定位精度等都是可定位表面的裝夾特征。表面之間的相互關(guān)系都是十分重要的，平行或垂直，距離的遠(yuǎn)近,空間的方位和距離,對(duì)夾具精度分析與校核很有用的。

3.3夾具模型的構(gòu)建

夾具設(shè)計(jì)是一個(gè)高度依賴經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)師往往需要找出與新夾具最為相似的模型進(jìn)行調(diào)整來獲得新夾具的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品信息建模是產(chǎn)品開發(fā)的重中之重，對(duì)夾具設(shè)計(jì)的信息需求進(jìn)行整合，首先是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模型：結(jié)構(gòu)物料清單、結(jié)構(gòu)分類、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹等來表達(dá)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。將創(chuàng)建過程、數(shù)據(jù)、表格、功能、網(wǎng)絡(luò)地址等輸入產(chǎn)品之中，幾何模型的創(chuàng)建也尤為重要，如產(chǎn)品的線框模型、表面模型、實(shí)體模型，用點(diǎn)、線、面的集合來表達(dá)產(chǎn)品的空間體形信息。還要對(duì)產(chǎn)品的功能特征，形狀特征等進(jìn)行數(shù)據(jù)化的處理。集成產(chǎn)品模型是完整意義上的產(chǎn)品信息模型,它是對(duì)幾何模型、特征模型及其相應(yīng)建模技術(shù)的進(jìn)一步綜合和擴(kuò)展。夾具信息模型不僅僅是圖形的繪制，更包括了許多的動(dòng)態(tài)信息,所以夾具設(shè)計(jì)是一個(gè)變換、漸增和進(jìn)化的過程，演化的過程中伴隨著基于知識(shí)的特征變換和模型協(xié)調(diào)。

4　結(jié)束語

夾具是一種工藝化程度很高的裝備，用現(xiàn)代科技來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)開發(fā)可以提高生產(chǎn)效率，滿足不同的工藝要求，減少人力資源的浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的復(fù)雜性和應(yīng)用性決定了該項(xiàng)技術(shù)潛在的巨大的市場(chǎng)價(jià)值，本研究通過對(duì)CAFD技術(shù)概述的闡釋和對(duì)國內(nèi)外CAFD系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及現(xiàn)階段的問題進(jìn)行分析，將計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)需求、CAFD系統(tǒng)架構(gòu)、CAFD系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、夾具模型的構(gòu)建都進(jìn)行了具體的闡釋和分析，希望可以為計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展提供參考，為我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展建言獻(xiàn)策。

參考資料：

[1]朱耀祥等.KXMFCAD一面向生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)輔助孔系夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng).全國第二屆計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)會(huì)議論文集[M].北京,清華大學(xué)出版社.

[2]金天國,劉文劍.支持并行工程的夾具TOP一DOW閃設(shè)計(jì)系統(tǒng)[Z].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)一CIMS,2011(10).

作者簡歷：崔同軍(1979-)，工程師,主要從事：夾具設(shè)計(jì)。