計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)的思考

韓震宇　計正寅

摘 要：夾具是制造業(yè)重要的組成部分，而傳統(tǒng)的夾具制造方法已經(jīng)跟不上時代發(fā)展的步伐，企業(yè)面臨著如何提高夾具設計的效率問題，經(jīng)過人們的研究，計算機輔助夾具設計應運而生。本文介紹了CAD技術的發(fā)展歷程與計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的作用，論述了不同設計方法對計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)的影響，最后介紹了組合夾具快速裝配的方法。

關鍵詞：計算機輔助夾具；CAD技術；夾具裝配方法

1 CAD技術的研究與發(fā)展

1.1 CAD技術的發(fā)展

CAD技術（Computer Aided Design，計算機輔助設計）是指設計人員在計算機上運用專業(yè)知識進行產(chǎn)品的繪圖、分析等的總成。CAD對人和計算機都有一定的專業(yè)性要求，人主要是發(fā)展思維。進行創(chuàng)造，設計方案；計算機主要負責繪圖、計算、搜集資料、存儲數(shù)據(jù)等。

CAD技術在上世紀五十年代開始被人所利用，到如今共經(jīng)歷了以下幾個階段：

（1）六十年代：CAD主要作用是繪圖，可繪制直線、圓弧等圖形。

（2）七十年代：CAD能夠完成自由曲線曲面生長計算和表面造型計算。

（3）八十年代：CAD主要負責實體模型建立，邊界表示法與幾何表示法得到了開發(fā)應用。

（4）九十年代以來：CAD是以參數(shù)化造型和變量化造型為理論，開發(fā)出了實體建模技術。

1.2 CAD技術的特點

（1）CAD技術可縮短設計時間，節(jié)約勞動力，減少資金投入，且設計效率要比傳統(tǒng)的方法高出3～5倍。

（2）提高產(chǎn)品質(zhì)量。計算機可以存儲大量的數(shù)據(jù)與技術知識，設計人員如果能夠合理利用，將會使產(chǎn)品設計更合理，結構更標準化。

（3）CAD可節(jié)約設計人員的工作時間，將繪圖變得更簡單，與傳統(tǒng)繪圖工作相比縮短了大約60%的時間。

1.3 CAD技術的發(fā)展趨勢

（1）標準化

CAD軟件被應用到了不同的行業(yè)中，為了能夠使CAD更好地實現(xiàn)跨平臺操作，就應該使用標準化技術使CAD成為一個開發(fā)系統(tǒng)。

（2）開放性

為了使用戶能夠自定義CAD系統(tǒng)使其更具針對性，CAD的平臺具有開放性，目前的2000/NT平臺、UNIX平臺都可以實現(xiàn)CAD的二次開發(fā)。

（3）集成化

與CAPP、CAM、CAQ、CAE、ERP系統(tǒng)的集成將會使未來的發(fā)展方向，可以幫助企業(yè)建造生產(chǎn)管理一體化平臺。

（4）智能化

人類社會的發(fā)展越來越智能化，這也是CAD技術發(fā)展的方向，目前的CAD還無法模擬人的思維，因此在將來的發(fā)展中需要加深對設計思維的研究，建立起思維模型，使CAD系統(tǒng)能夠表達和模擬設計人員的思維，工作更高效。

2 系統(tǒng)設計的設計目的與總體框架

從實際應用的角度開發(fā)系統(tǒng)，主要設計目的有：

（1）減輕設計人員的工作量，避免大量重復數(shù)據(jù)的運算，使設計人員能夠將工作重點放到系統(tǒng)的創(chuàng)新設計上。

（2）設計人員能夠簡單、快速地實現(xiàn)自己的設計方案，從而設計出符合標準的夾具。

（3）系統(tǒng)中可搜索到設計所需的各種數(shù)據(jù)，不再需要設計人員去記憶紛繁龐雜的設計知識，降低了對設計人員工作經(jīng)驗的要求。

（4）保證工件的加工精度

夾具能夠保證加工工件位置的精確度，不再需要人工調(diào)節(jié)。

（5）提高生產(chǎn)效率，降低成本

量化生產(chǎn)中，高效的計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)能夠提供多件夾緊、聯(lián)動夾緊等功能，大大縮短了工作時間。

（6）擴大機床工藝范圍

夾具設計系統(tǒng)能夠簡化工作步驟，并且增加了機床的功能，使機床的綜合性更強。

3 夾具設計的工作流程

工序模型是組合夾具設計的基礎，在此基礎上選擇合適的定位方式、定位面以及夾緊方法。夾具設計分為不同的階段，針對不同階段選擇不同的夾具元件，并將這些元件組裝成所需的夾具。一套完整的組合夾具設計模塊應包括初始方案選擇、定位設計、夾緊設計、元件選擇、元件組裝、后期修改等。

4 計算機輔助夾具支撐理論

4.1 計算機輔助夾具的快速設計

快速設計是使用一流的設計方法、工具在較短時間內(nèi)制定出可行方案并加以實行，達到快速完成客戶需求設計的目的?？焖僭O計的最終目的是縮短設計時間，提高設計質(zhì)量，滿足客戶要求，快速設計的重點工作在于總體結構與設計方案。

4.2 計算機輔助夾具的并行協(xié)同設計

計算機輔助夾具的設計包含了不同設計人員的意見，這些設計人員甚至來自于不同的領域，而在設計過程中他們又需要經(jīng)常見留一件，因此使得設計過程充滿了復雜性、沖突性，這就需要建設一個能夠對設計過程中所涉及到的信息整理并統(tǒng)一描述的模型，使設計過程更整齊劃一。

并行協(xié)同設計中，計算機輔助設計是重要的組成部分，它能夠在設計初期對產(chǎn)品能否制造做出評價，能夠發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷并及時改正，防止后期返工。另外，當產(chǎn)品最終定型后，計算機輔助系統(tǒng)還可以利用CAD信息、CAPP信息規(guī)劃處夾具的設計方案、夾具結構、選擇夾具元件等。

5 計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)中應用的技術

想要使夾具設計更高效就必須引入先進的設備與技術，目前應用較多的技術有如下幾種：

5.1參數(shù)化技術

參數(shù)化技術就是設置好各種具有代表性的形狀，這些形狀尺寸數(shù)值可以自由改動，與傳統(tǒng)自由建模相比，參數(shù)化技術增強了建模的約束性，例如設計者想要改變產(chǎn)品的形狀只需改變尺寸就能夠達到目的。隨著CAD技術的成熟，參數(shù)化技術推動了計算機輔助夾具系統(tǒng)的發(fā)展，其在實際應用中有以下作用：

（1）如今的設計中，夾具元件庫中的元件已經(jīng)被分成了若干系列，一個系列中的元件形狀相同，大小不同。利用參數(shù)化技術就可以簡化元件庫存儲的數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)所占硬盤容量，提高了設計效率。

（2）在實際生產(chǎn)中，除了有技術規(guī)定的標準件外還有設計人員自己常用的元件，這些原件也可以利用參數(shù)化技術設計成內(nèi)部的標準件。

5.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術是通過軟件對產(chǎn)品信息進行管理，在夾具的設計中使用數(shù)據(jù)管理技術有一定的優(yōu)勢：可以用數(shù)據(jù)管理技術管理夾具設計的每一個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)夾具從設計、制造、使用、報廢整個過程的數(shù)據(jù)的組織，加強了企業(yè)管理，提高了夾具質(zhì)量，是企業(yè)在市場中更具競爭力。

5.3數(shù)據(jù)庫技術及網(wǎng)絡技術

（1）數(shù)據(jù)庫技術

數(shù)據(jù)庫技術在夾具的設計中有兩方面作用：①保存夾具設計所使用的所有數(shù)據(jù)；②保存設計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括元件的尺寸與使用到的公式等。

（2）網(wǎng)絡技術

隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，Web受到了原來越多人的青睞，web技術支持數(shù)據(jù)共享，操作簡單，將其融合到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可以實現(xiàn)對CAD、CAPP等數(shù)據(jù)的快速檢索。

5.4計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)模型的研究

（1）計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)體系結構

（2）計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)外部信息流程

在設計夾具時，不僅要處理集成系統(tǒng)內(nèi)的信息，還需要跟系統(tǒng)的其他組成部分之間互相聯(lián)系，如CAPP、CAD等，如圖2所示：

其中QMS為質(zhì)量管理系統(tǒng)，MAS為制造自動化系統(tǒng)。

6 結語

綜上所述，計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)使夾具的設計工作更高效，質(zhì)量更高。并且計算機輔助夾具設計CAD系統(tǒng)所包含的幾何信息、加工信息也使夾具的工藝設計、數(shù)控編程、數(shù)據(jù)管理能夠統(tǒng)一處理，加強了企業(yè)的管理，促進生產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益。

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