柔性制造系統(tǒng)中組合夾具的設(shè)計研究.

1、柔性制造系統(tǒng)中組合夾具的設(shè)計研究 0、引言 隨著機械制造業(yè)的飛速開展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代，機械制造系統(tǒng)欲適應(yīng)這種變化須具備較高的柔性。國外已把柔性制造系統(tǒng)FMS作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要開展方向。 柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面，而組合夾具又是工裝柔性化的重點。組合夾具是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備，它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性的標(biāo)準(zhǔn)元件和組合件，按工件的加工要求組裝而成的夾具。由于組合夾具使用完畢后，可以拆卸、清洗，重新組裝新的夾具，因此，組合夾具

2、的應(yīng)用非常普遍，尤其適合于多品種、中小批量的生產(chǎn)。 然而，多年來，對組合夾具的設(shè)計和組裝，由于時間、環(huán)境條件的限制，總體設(shè)計與系統(tǒng)構(gòu)造只能串行不能并行。夾具工藝師對工件的定位、裝夾設(shè)計主要依賴經(jīng)歷，定性分析較多，定量分析較少，且計算復(fù)雜，同時缺乏必要的優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計的圖紙不夠直觀。在裝夾過程中工人要認(rèn)真消化圖紙，設(shè)計過程前期的潛在問題，在總裝時匯總，達不到預(yù)期的效果，甚至造成返工。設(shè)計過程中的裝配干預(yù)問題，無法在設(shè)計中提前發(fā)現(xiàn)，造成工人的勞動強度增大。已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)今快速、多樣化的制造需求。這一特點為計算機輔助裝配系統(tǒng)的研制與開發(fā)，提出了亟待解決的問題。 傳統(tǒng)的組合夾具設(shè)計主要依靠手工完成，C

3、AD 設(shè)計系統(tǒng)主要采用以交互式為主的半創(chuàng)成式設(shè)計方法?，F(xiàn)在，大量三維實體造型軟件崛起，如Pro / E 、Solidworks、UG、Solidedge 等，推動了設(shè)計領(lǐng)域的新革命，由于這些三維軟件，不僅僅可創(chuàng)立三維實體模型，還可利用設(shè)計出三維模型進展模擬裝配和靜態(tài)干預(yù)檢查、機構(gòu)分析、動態(tài)干預(yù)檢查、動力學(xué)分析、強度分析等。同時由于組合夾具的組件全部是標(biāo)準(zhǔn)件，而且數(shù)量有限，易于儲存和檢索等特點，使建立組合夾具站成為可能。假設(shè)將計算機輔助設(shè)計應(yīng)用到組合夾具設(shè)計中，尤其是將Pro / E 應(yīng)用到組合夾具設(shè)計中，那么可使組合夾具的設(shè)計非?？旖?，裝配生產(chǎn)率得以顯著提高。 1、建庫 1.1 建庫必要性 盡

4、管系統(tǒng)本身有一個數(shù)量龐大的特征庫：其中包括少局部組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件，但各種不同規(guī)格尺寸的組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量非常多是不爭的事實，況且一般情況下組合夾具組裝站只配置其中一局部標(biāo)準(zhǔn)件，同時不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格略有不同，這種情況勢必影響設(shè)計效果和效率。假設(shè)能根據(jù)組裝站實際配置的標(biāo)準(zhǔn)件重新創(chuàng)立標(biāo)準(zhǔn)件庫，既可充分利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件進展組合夾具的設(shè)計，又可免去重復(fù)煩瑣地創(chuàng)立標(biāo)準(zhǔn)件模型，同時標(biāo)準(zhǔn)件的回取比擬快捷。這樣，設(shè)計者可以直接在標(biāo)準(zhǔn)件庫中選取零件，非?？旖莸貙崿F(xiàn)組合夾具的動態(tài)模擬裝配。 1.2 組合夾具庫的構(gòu)造 組合夾具是在夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化的根底上開展起來的一種新型的工藝裝備。它由一套預(yù)先定制好的、具有各種

5、不同形狀的規(guī)格尺寸的標(biāo)準(zhǔn)元件和組合件組成。在加工工件前，根據(jù)工件的工藝要求、采用的設(shè)備和夾具設(shè)計原那么，選擇夾具元件，確定元件間的位置關(guān)系，組裝出機械加工使用的工裝夾具。組合夾具根本組件數(shù)量繁多，為便于歸類和方便檢索標(biāo)準(zhǔn)件，將組合夾具可分為九大類，即根底件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、其它件、合件，其中每一類型中又包括多個品種，每個品種中又有不同的規(guī)格。 1.3 建庫的步驟 創(chuàng)立夾具標(biāo)準(zhǔn)件圖形庫的主要任務(wù)是圖形生成。對于標(biāo)準(zhǔn)件等相似性強的圖形生成可采用變量法即參數(shù)法：對于原始模型的所有幾何特征，給定它的組成參數(shù)及其參數(shù)值的變化范圍，這些可變參數(shù)稱為變量，通過輸入這些變量值，便可得到

6、所需形狀及尺寸。組合夾具的標(biāo)準(zhǔn)件上都設(shè)計有尺寸一樣、間隔均勻的T 形槽、長方槽、螺紋孔等構(gòu)造，因此，采用以下兩個步驟建庫便可簡化煩瑣重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)件創(chuàng)立過程。 第一步，創(chuàng)立用戶定義特征。UDF 把標(biāo)準(zhǔn)件上都具有的T形槽、螺紋孔等特征建立UDF，一般根據(jù)組合夾具系列的不同，需創(chuàng)立的主要UDF 如附表所示。在創(chuàng)立各標(biāo)準(zhǔn)件時只需把UDF 特征加載到根本幾何體上，便可非常快捷地創(chuàng)立標(biāo)準(zhǔn)件。 第二步，創(chuàng)立簇表Family Table。既然同一類型中的組件其形狀相似，用Pro / E 中的族表功能那么會事半功倍。Pro / E 中的簇表Family Table是本質(zhì)上相似的零件或組件、特征的集合，但在大小或詳

7、細(xì)特征等一兩個方面稍有不同。對于重復(fù)性高、相似性大的零件如螺絲、扳手等或者標(biāo)準(zhǔn)件，不需要每個規(guī)格都建立一個零件，而可以使用一個原始樣本零件Generic Part及一簇表Family Table即可代表無數(shù)個零件。任何時候，只要調(diào)出簇表內(nèi)任一個零件的名稱，即可自動產(chǎn)生一個照簇表所示尺寸比例的零件。 顯然，族表大大提高了標(biāo)準(zhǔn)化組件的用途。它們不但允許在Pro / E 中表示實際的零件清單，而且使得組件中的零件和子組件容易互換因為來自同一族的實例互相之間可以自動互換。但在創(chuàng)立簇表的過程中，對于原始模型的選擇要注意兩個問題：一是往往選擇同類型標(biāo)準(zhǔn)件中尺寸最大的標(biāo)準(zhǔn)件作為原始模型。二是當(dāng)尺寸最大的標(biāo)準(zhǔn)

8、件不能包含同類型標(biāo)準(zhǔn)件的所有特征時，應(yīng)在尺寸最大的標(biāo)準(zhǔn)件根底上添加上未包含的特征才能作為原始模型。 2、用Pro / E 進展組合夾具設(shè)計步驟 2.1 創(chuàng)立工件模型 創(chuàng)立工件模型是在標(biāo)準(zhǔn)件庫創(chuàng)立工作完成之后進展的。首先需要分析的內(nèi)容包括：工序圖、工件的構(gòu)造形狀特征、本道工序的加工要求。然后創(chuàng)立出工件三維實體模型，以便于進展動態(tài)模擬裝配。 2.2 夾具裝配 根據(jù)零部件之間的裝配關(guān)系和約束條件，進展虛擬設(shè)計組裝，并進展相應(yīng)檢驗，進而對設(shè)計進展分析，對不合理的設(shè)計進展修改。首先分析工序圖，初步確定定位、夾緊及導(dǎo)向、對刀方案，然后可在標(biāo)準(zhǔn)件庫中直接選取適宜的定位、夾緊、導(dǎo)向、對刀元件，并要選擇適宜的根

9、底板來支承這些元件。接下來便可進展組合夾具的動態(tài)裝配，在模擬裝配時應(yīng)注意裝配的順序，在根底夾具體上安裝定位元件，實現(xiàn)工件定位后，再安裝夾緊元件及導(dǎo)向?qū)Φ对Ｈ鐖D1所示，應(yīng)用Pro / E 設(shè)計的車削一偏心軸外圓的組合夾具。圖1 夾具裝配圖 2.3 裝配體的分析 對夾具裝配體的構(gòu)造、大小、轉(zhuǎn)動慣量等的分析是總體設(shè)計必不可少的環(huán)節(jié)之一。在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，這一過程一般靠手工計算，大多數(shù)情況只是依靠經(jīng)歷而使準(zhǔn)確度不易保證，增加總體設(shè)計的困難。應(yīng)用Pro / E 軟件，會使裝配間隙的調(diào)整和裝配干預(yù)的檢查變得更加準(zhǔn)確、直觀、快捷。而且對于檢驗設(shè)備不能接近的部位，間隙也能得到控制，使得干預(yù)問題消除在方案

10、階段。 第一步，在菜單【Model】【Part】【Setup】【Densit.】的提示行給出材料密度，在菜單【Model】【Part】【Setup】【Units】下定義質(zhì)量、長度單位。 第二步，進入【Analysis】主菜單，可以對距離、模型、曲線、曲面等進展實時分析。 調(diào)換不合理的組件，修改不合理的位置，Pro / E 的全相關(guān)性能夠?qū)M件的尺寸、大小、規(guī)格稍作變化，裝配體隨之會相應(yīng)更改，到達完全滿足設(shè)計要求為止。 2.4 信息處理 相關(guān)信息的處理包括裝配圖和爆炸圖的生成和明細(xì)表的提取。 1裝配圖和爆炸圖的生成 Pro / E 擁有強健的裝配圖繪制功能。在三維空間實現(xiàn)了組合夾具模擬裝配后，即

11、可在菜單上指定一個命令，快捷地創(chuàng)立二維裝配圖。假設(shè)根本視圖或向視圖不能清楚表達較復(fù)雜裝配關(guān)系時，那么作必要的剖面，選擇這些剖面作局部放大、旋轉(zhuǎn)、展開等種類視圖。對于三維組裝模型，可將其作為獨立視圖，縮放后放于圖紙右上角，以提高工程人員的閱讀速度。這樣，既可節(jié)省校對、審核和批準(zhǔn)人員的圖面檢查時間，又可以使其投入更多的精力進展功能性審查。 2明細(xì)表的提取 在視圖完成后，Pro / E 平臺能自動地完成零件數(shù)量的統(tǒng)計和明細(xì)表的填寫等相關(guān)信息，而在傳統(tǒng)的組合夾具設(shè)計中，對組合組件的信息統(tǒng)計需消耗夾具工藝師不少的時間和精力。在主菜單【Info】列表中可以顯示出特性信息、裝配體模型的所有組成組件、特征主從關(guān)系、模型尺寸等。例如【Info】【Model】【Top】【Leve】【Apply】可以列出裝配順序、主從關(guān)系、根本尺寸等，建立根本信息明細(xì)表，工藝師可以編輯明細(xì)表，為組裝工人提供組裝依據(jù)，使實際組裝更加條理化。最后是組裝工人依靠建立的三維裝配模型、爆炸圖、二維視圖、信息明細(xì)表進展實際裝配。 3、完畢語 采用Pro / E 軟件創(chuàng)立組合夾具標(biāo)準(zhǔn)