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摘 要传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈,企业迫切需要提高夹具设计的效率.通过调查、比较和分析各类CAD软件在国内的应用现状,从开发的难易程度、可移植性、易维护性等方面考虑,选定以三维设计软件Solidworks作为开发平台,设计三爪卡盘夹具,并应用软件较大的装配功能对夹具进行虚拟装配,使设计效率大大的提高,同时在Solidworks中建立的夹具设计思路在其他软件中应用也是互通的.
关 键 词夹具；Solidworks；计算机辅助夹具设计
中图分类号TP39文献标识码A文章编号1673-9671-（2012）112-0096-02
夹具是工艺装备的一个重要组成部分,应用十分广泛,其设计与制造水平直接影响了产品生产准备周期和加工成本,因而越来越受到企业的关注.
在批量生产中,工件的装夹是通过机床夹具来实现的.机床夹具是工艺系统的重要组成部分,它在生产中应用十分广泛.大量三维实体造型软件崛起,如Pro/E、UG、SolidWorks、Solidedge等,推动了设计领域的新革命.由于这些三维软件,不仅仅可创建三维实体模型,还可利用设计出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析、动态干涉检查、动力学分析、强度分析等,机床夹具设计也由原先的二维平面设计向着三维化、集成化、智能化和网络化方向发展,三维夹具CAD的开发受到了普遍关注,并取得了较快的进展.
结合专用夹具设计的复杂性、高精度性等特点,采用了易学易懂的SolidWorks三维实体造型软件来实现设计过程.SolidWorks是完全基于Windows的三维CAD/CAE/CAM软件.它采用与UG相同的底层图形核心Parasolid,具有强大的基于特征的参数化实体建模能力,然而要使SolidWorks软件真正为我国企业带来经济效益,必须使其国产化、专业化.
1夹具的设计和发展方向
1.1夹具概述
夹具是在切削加工中,用以准确地确定工件位置,并将其牢固地夹紧的工艺装备.它的主要作用是：可靠的保证工件的加工精度,提高加工效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能.因此,夹具在机械制造中占有重要的地位.
1.2使用夹具的目的
一般来说,使用夹具的目的可以归纳为如下四个方面：
1）使用夹具可以稳定地保证工件的加工质量,使用夹具所能保证的是工件加工表面的位置精度.
2）使用夹具可以提高生产率.
3）使用夹具可以扩大机床的工艺范围.
4）使用夹具可以改善操作者的劳动条件.
1.3专用夹具及其设计要求
专用夹具是指仅仅适用于某一工件的一道或数道工序的加工而专门设计的夹具.当工件结构变更或工序内容变更时,都可能使此夹具失去应用价值.由于这类夹具不需要考虑其通用性,所以夹具结构可以设计得较简单、紧凑,且定位结构的精度可以提高,还可以采用各种省力、传力机构,使操作快捷、方便.采用专用夹具,可以得到较高的定位精度和较高的生产效率.
专用夹具的设计应满足以下要求：
1）保证工件的加工精度.专用夹具应有合理的定位方案,标注合适的尺寸、公差和技术要求,并进行必要的精度分析,确保夹具能满足工件的加工精度要求.
2）提高生产效率.应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具,以缩短辅助时间,提高生产效率.
3）工艺性好.专用夹具的结构应简单、合理,便于加工、装配、检验和维修.专用夹具的制造属于单件生产.当最终精度由调整或修配保证时,夹具上应设置调整或修配结构,如设置适当的调整间隙,采用可修磨的垫片等.
4）使用性好.专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠,排屑应方便,必要时可设置排屑机构.
5）经济性好.除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外,还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益.
1.4机床夹具的发展方向
1）功能柔性化.
2）结构标准化、模块化.
3）精密化.
4）高效、自动化.
2Solidwork概述
2.1Solidworks的介绍
在众多的三维CAD软件中,solidworks一直以其优良的性能,不断创新的技术成为CAD市场上最活跃的3D软件之一.
solidworks软件是面向产品级的机械设计工具,它全面采用非全约束的特征建模技术,为设计师提供了极强的设计灵活性.其设计过程的全相关性,使得设计师可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动相关部分的改变.
在装配设计,特别是大型装配的情形下,solidworks设计了具有独创性的“封套”功能,分块处理复杂装配体.装配设计中的“产品配置功能”,为用户设计不同“构型”的产品提供了解决方案,同时为产品数据管理系统的实施打下了坚实的基础.
2.2SolidWorks软件的特点
1）第一个在Windows操作系统下开发的CAD软件采用Windows系列,与Windows系统全兼容,是Windows的OLE/2产品.
2）菜单少,使用直观、简单,界面友好.SolidWorks一共只有60几个命令,其余所有命令与Windows命令是相同的；下拉菜单一般只有二层,图形菜单设计简单明快,非常形象化,一看即知.系统的所有参数设置全部集中在一个选项（option）中,容易查找和设置.动态引导具有智能化,一般情况下无须用户去修改.特征树独具特色,实体及光源均可在特征树中找到,操作特征非常方便.装配约束所有的概念非常简单且容易理解.实体的建模和装配完全符合自然的三维世界.对实体的放大、缩小和旋转等操作全部是透明命令,可以在任何命令过程中使用,实体的选取非常容易、方便.3）数据转换接口丰富,转换成功率高.SolidWorks支持的标准有：IGES、DXF、DWG、SAT（ACSI）、STEP、STL、ASC或二进制的VDAFS（VDA,汽车工业专用）、VRML、Parasolid等,且与CATIA、Pro/Engineer、UG、MDT、Inventor等设有专用接口.SolidWorks与I-DEAS、ANSYS、Pro/Engineer、AutoCAD等之间的数据转换均非常成功、流畅.
4）独特的配置功能.SolidWorks允许建立一个零件而有几个不同的配置（Configuration）,这对于通用件或形状相似零件的设计,可大大节约时间.
5）特征管理器.特征管理器（PropertyManager）是SolidWorks的独特技术,在不占用绘图区空间的情况下,实现对零件的操纵、拖曳等操作.
6）自上而下的装配体设计技术（top-to-down）.目前只有SolidWorks提供自上而下的装配体设计技术,它可使设计者在设计零件、毛坯件时于零件间捕捉设计关系,在装配体内设计新零件、编辑已有零件.
7）比例缩放技术.可以给模具零件在X、Y、Z方向给定不同的收缩而得到模具型腔或型芯.
8）曲面设计工具.用SolidWorks,设计者可以创造出非常复杂的曲面,如：由两个或多个模具曲面混合成复杂的分型面.设计者亦可裁减曲面、延长曲面、倒圆角及缝合曲面.
3Solidworks软件在三维夹具设计中的应用
SolidWorks提供了一个先进的设计环境,在其中可通过直接图形操作来创建和改变模型.构建的所有模型都包含基本的结构属性：特征、零件、组件.特征包括基准、拉伸、孔、倒圆角、倒角、曲面特征、切口、阵列、扫描等.一个零件可包含多个特征.通过选取对象,然后选择工具对该对象进行操作.在SolidWorks参数化环境下可以对已建立的夹具零部件随意进行修改,大大提高了设计效率.
自顶向下设计方法用于设计历经频繁设计修改的产品.由底向上设计是用户从元件级开始分析产品,然后向上设计到主组件.此方法适用于设计相似产品或不需要进行频繁修改的产品.在工装设计中,与产品零件直接发生关系或相互之间影响尺寸、形状、位置关系的非标件的建立要采用自顶向下设计,而标准件可通过从底向上的设计方法加入到装配中来.通过在机床夹具的设计过程中充分应用solidworks软件进行三维建模与装配设计,能直观、准确地反映零、组件的形状和装配关系,使设计中的修改编辑更加可靠、快速,解决了二维软件设计容易出现的装配干涉、图形与实际尺寸不符等问题.不仅提高了机床夹具设计质量和水平,而且还缩短了夹具的设计制造周期,为企业生产高质量的产品提供了有力的保障,从而为企业带来良好的经济利益.
4结论
本文主要是利用Solidworks软件用于机床夹具辅助设计,建立了通用机床夹具标准件库,数据库和模型库,给基于Solidworks软件的计算机辅助三维夹具设计人员提供了技术支持,在一定程度上减少了夹具标准件的参数查找和绘图工作,并能提高夹具设计,制造和装配效率,减少重复劳动.机床夹具三维模型的应用提高了企业和企业之间的图像信息交流的速度和效率,这样的设计方法在其它机构设计中具有普遍的应用意义和推广价值.