本站原创摘 要：计算机辅助夹具设计技术是一种先进的生产制造技术,拥有广阔的市场和发展空间.该设计系统的开发和应用在一定程度上说是一种计算机技术.它通过夹具模型来编码实例系统,进行开发和设计.本研究通过对夹具内容和特点的分析,针对目前计算机辅助夹具设计技术研究中存在的问题进行进一步探讨,对该夹具设计系统的开发提出具体的方案措施.
关 键 词：计算机辅助；夹具设计；基于实例的设计
0前言
夹具设计是现代工业的一种新型工业设计,夹具的开发和研制周期将决定产品的质量和成本,也决定了企业的高科技发展状况,毕竟科技是第一生产力,高科技可以为生产技术的发展提供方便和利益.使用计算机技术辅助开发夹具,可以提高夹具的设计质量,使的设计资源共享和智能化的程度得到提高.在信息的处理和使用方面都高度数字化,为夹具设计技术领域提供技术支持.
1CAFD技术概述
夹具设计过程包括信息输入,设计决策,夹具设计评价校验和夹具设计结果输出.输入信息的内容包括零件信息和零件加工工艺信息,设计决策包括以下五个方面：输入信息分析、选择定位基准、选择定位/夹紧方法、选择和设计定位/夹紧装置及机构、夹具结构设计.夹具设计评价和校验的内容包括：综合性能评价、刚度计算、夹紧力校核、刀具干涉校验.夹具输出设计则需夹具三维装配图、夹具元件明细表、夹具管理信息.计算机辅助夹具设计系统的研制和开发是直接从零件CADCIAPP集成环境中获取工件信息,将读取的信息作为夹具设计的已知条件进行夹具的计算机辅助设计与分析,以实现夹具的自动设计.计算机辅助夹具设计系统一般被分为工件装夹规划,夹具方案设计,夹具结构设计,夹具性能评价.
2计算机辅助夹具设计系统的发展现状
2.1国内外CAFD系统的发展现状
目前对CAfD的研究可以分为交互式夹具CAD系统、基于成组技术和基于知识变异式和生成式系统、自动化系统.交互式计算机辅助系统是用户自身来决定定位点和元件.操作费时但很有意义.第二种系统建立了相对完善的专业知识库,可以回答用户的问题并提供相应的解决方案.自动化的系统可以能产生具体的夹具结构.国外开发的部分系统主要有系统原理基于成组技术交互生成夹具装配图,W.Ma,Z.Lei,Y.Rong等人研制的计算机辅助标准夹具构型设计系统等技术都较为成熟.二十世纪八十年代我国也开始了计算机辅助夹具设计系统的研究,黄永强、刘文剑、朱耀祥教授等人都对CAFD系统软件进行了相关的开发和研究,取得了不错的进展.
2.2目前CAFD系统研究中存在的问题
目前为止,越来越多的人们已经发现了CAFD系统的在机械制造行业的重要作用,但是各项研究成果仅限于某个单项技术,缺乏实用性.虽然在学多专家学者的研究下已经有了许多原型,但是同CAD、CAM、PDM、Msl等相关计算机辅助技术相比,差距很大.首先是知识的重复利用造成时间和资源的浪费,在设计师开始设计新产品时使用技术数据、资料和工程经验不能及时有效的提取,使夹具开发的效率低下.目前已有的夹具CAD系统中,对于CAFD与其它CAX系统的集成研究较少,所需的夹具设计信息需要靠人工输入,有些系统虽然实现了集成,但集成程度较低或集成的方法复杂.夹具设计的基本立足点是降低成本和减少研发周期,因为夹具设计资源知识化程度低,所以影响了夹具设计的智能化程度.对设计人员的水平有较高的要求.
3系统开发方法初探
3.1计算机辅助夹具设计系统需求分析
CAFD系统的总体目标是利用已有的资源数据库,与高智能计算机应用结合,快速管理和设计夹具.通过该系统来实现夹具的三维设计,对夹具设计中用到的标准件、通用件、典型结构件等,建立图形库,快速输出二维图纸；建立历史资料实例库,实现系统设计的自动化和智能化.最后要方便的实现夹具知识库的扩充、维护和升级.
3.2CAFD系统功能设计分析
功能设计包括五个方面：夹具设计模块、、设计推理模块、图形管理模块、知识管理模块和系统接口模块.零件形状是设计夹具的基本信息,对于不同零件的表面信息和尺寸形状要求要精确无误,还要对材料进行热处理,在工艺布局的时候要考虑工艺类型和机床信息.对于批量生产的产品要进行成本估价.加工表面的关键尺寸及其公差影响到夹具结构的复杂性,所以在精确度方面有很高的要求.分析与识别有一定装夹特征的表面是夹具设计过程中定位的关键,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装夹特征.表面之间的相互关系都是十分重要的,平行或垂直,距离的远近,空间的方位和距离,对夹具精度分析与校核很有用的.
3.3夹具模型的构建
夹具设计是一个高度依赖经验的设计过程,设计师往往需要找出与新夹具最为相似的模型进行调整来获得新夹具的设计.产品信息建模是产品开发的重中之重,对夹具设计的信息需求进行整合,首先是产品的结构模型：结构物料清单、结构分类、产品结构树等来表达产品结构.将创建过程、数据、表格、功能、网络地址等输入产品之中,几何模型的创建也尤为重要,如产品的线框模型、表面模型、实体模型,用点、线、面的集合来表达产品的空间体形信息.还要对产品的功能特征,形状特征等进行数据化的处理.集成产品模型是完整意义上的产品信息模型,它是对几何模型、特征模型及其相应建模技术的进一步综合和扩展.夹具信息模型不仅仅是图形的绘制,更包括了许多的动态信息,所以夹具设计是一个变换、渐增和进化的过程,演化的过程中伴随着基于知识的特征变换和模型协调.
4结束语
夹具是一种工艺化程度很高的装备,用现代科技来进行相应的设计开发可以提高生产效率,满足不同的工艺要求,减少人力资源的浪费.计算机辅助夹具设计技术的复杂性和应用性决定了该项技术潜在的巨大的市场价值,本研究通过对CAFD技术概述的阐释和对国内外CAFD系统的发展现状以及现阶段的问题进行分析,将计算机辅助夹具设计系统需求、CAFD系统架构、CAFD系统功能设计、夹具模型的构建都进行了具体的阐释和分析,希望可以为计算机辅助夹具设计技术的发展提供参考,为我国机械制造行业的发展建言献策.
参考资料：
[1]朱耀祥等.KXMFCAD一面向生产的计算机辅助孔系夹具设计系统.全国第二届计算机集成制造系统学术会会议论文集[M].北京,清华大学出版社.
[2]金天国,刘文剑.支持并行工程的夹具TOP一DOW闪设计系统[Z].计算机集成制造系统一CIMS,2011（10）.
作者简历：崔同军（1979-）,工程师,主要从事：夹具设计.