針對機床夾具的設計特征,探討了SolidWorks在三維計算機輔助設計中的應用方法,建立三維CAFD系吮的結(jié)構(gòu)體系。通過應用本文在SolidWorks的二次開發(fā)建立起來的三維圖形庫和夾具裝配體建模方法,可有效地幫助夾具設計人員提高夾具設計的效率和質(zhì)量爆捞。

夾具作為制造企業(yè)中重要的基礎工藝裝備,廣泛應用于加工、檢測和裝配等制造過程中煮甥。夾具設計的效率直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)準備時間和產(chǎn)品成本。由于市場競爭的加劇和企業(yè)信息化的需要,企業(yè)對計算機輔助夾具設訊CAFD淇有強烈的需求成肘。計算機輔助夾具設計(CAFD)是通過計算機軟件程序來完成夾具設計計算、結(jié)構(gòu)設計双霍、總裝圖和零件圖的繪制,及制定出夾具零件的數(shù)控加工程序等工作。計算機輔助夾具設計是CAD/CAM系統(tǒng)中一個獨立的部分,它和計算機輔助工藝規(guī)程設計(CAPP)共同構(gòu)成CAD和CAM之間的接口,而它和CAPP又是彼此相互提供信息和作出決策的兩個獨立的系統(tǒng)店煞。

目前的蘭維軟件的參數(shù)化設計蟹演、裝配模擬,干涉檢驗以及有限元分析等功能為計算機輔助夾具設計提供了強有力的技術支持,從而使如何在三維平臺下進行夾具設計成為研究的熱點顷蟀。

1、三維CAFD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系

機床夾具是山定位元件(或組件)展管、對刀元件陕牲、導向元件(或組件)瓣老、夾緊元件(或組件)及夾具體等幾個基本單元組成。機床夾具的設計的特點主要體現(xiàn)在:夾具的各個組成部分可以分別進行設計崇已。與一般的產(chǎn)品設計相比,夾具設計的重構(gòu)性還是比較強的户挟。因此,CAFD系統(tǒng)主要完成以下幾個方面的設計:定位贱起、對刀中痴、導向迫扫、夾緊疮窟、夾具體等诬絮。每一個設計內(nèi)容都應包括方案確定和元件選擇。在三維設計平臺下,計算機輔助夾具設計的過程一般要經(jīng)歷概念設計啤贩、技術設計和洋細設計三個階段待秃。

夾具設計過程不僅需要大量的有關零件設計瓜晤、工藝和加工的數(shù)據(jù),同時還需要設計人員具有很豐富的領域知識和設計經(jīng)驗锥余。根據(jù)夾具設計要求和系統(tǒng)功能分析.將三維CAFD系統(tǒng)分為以下幾個功能部分:信息輸入功能部分痢掠、輔助方案設計功能部分驱犹、設計校驗功能部分和結(jié)果輸出功能部分足画。輸入信息包括:工件信息雄驹、工序信息淹辞、設備信息三個部分;夾具方案設計需要設計定位方案医舆、對刀導向方案象缀、夾緊方案彪饺、夾具體方案;夾具設計校驗主要是指定位精度評估和夾緊力的校核;最后一個過程是輸出設計結(jié)果,包括元件圖、裝配圖BOM表,并更新數(shù)據(jù)庫通冕。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)的基層是由數(shù)據(jù)庫创炉、實例庫、方案庫和圖形庫作為支持尺那。數(shù)據(jù)庫中主要包括夾具結(jié)構(gòu)元素數(shù)據(jù)庫:標準为巾、手冊資料信息數(shù)據(jù)庫(公差丹自、配合彰朴、粗糙度等);設備資料數(shù)據(jù)庫弹值。這個數(shù)據(jù)庫要求是開放性的,必要時可由設計者向數(shù)據(jù)庫內(nèi)增加必要的其他信息。

系統(tǒng)的信息輸入部分的數(shù)據(jù)主要是指需輸入到計算機中的夾具圖的各種有效信息:尺寸弟孟、形狀及位置公差贝咙、表面粗糙度等拂募。此部分數(shù)據(jù)既可以從數(shù)據(jù)庫中讀取,也可以由用戶輸入庭猩。

系統(tǒng)提供基于實例和人機交互兩種方式輔助用戶生成夾具設計方案陈症。夾具零件及裝配圖的重新生成方法中最常用的是利用尺寸驅(qū)動技術,通過讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)或者是用戶通過人機交互界面輸入的數(shù)據(jù)來驅(qū)動零件或裝配圖,從而生產(chǎn)符合用戶要求的零件或裝配圖。

三維CAFD系統(tǒng)可以集CAD/CAE/CAM于一體.能夠在立體造型設計的基礎上進行產(chǎn)品的模擬裝配录肯、有限元分析計算趴腋、機構(gòu)運動仿真论咏、計算機輔助制造等,把設計优炬、分析厅贪、制造集于一體蠢护。

2倚撰、夾具三維圖形庫與夾具裝配體的建模方法

2.1基于SolidWorks的夾具三維圖形庫的建立

SolidWorks是目前廣泛應用的完全基于Windows的三維CAD/CAE/CAM軟件恃姨。它采用與UG相同的底層圖形核心Parasolid,具有強大的基于特征的參數(shù)化實體建模能力,可以完成復雜的產(chǎn)品設計和產(chǎn)品裝配過程窝秤。SolidWorks通過OLE(對象鏈接與嵌入)技術為用戶提供了強大的二次開發(fā)接口,凡支持OLE編程的開發(fā)工具,均可用于SolidWorks的二次開發(fā),創(chuàng)建出用戶定制的專用模塊母谋。

夾具圖形庫是指以一定形式表示用于夾具設計的子圖形的集合。本系統(tǒng)的圖形庫主要有通用件(螺釘换攘、螺母等)圖形庫、夾具標準件(定位元件完冻、夾緊元件猴试、導向元件鲁压、對刀原件)圖形庫和企業(yè)常用件(夾具體等〕圖形庫粒惜。它的作用是使夾具系統(tǒng)能裝配出一張符合要求的夾具裝配圖佣棠。夾具圖形庫是建立三維CAFD系統(tǒng)的關鍵蜡镶。夾具圖形庫結(jié)構(gòu)如圖2所示雾袱。

夾具三維圖形庫的開發(fā)方法是在SolidWork\s下建立大量的通用件官还、夾具標準件和企業(yè)常用件的零件圖形庫,并按照機械零件手冊和夾具設計手冊等工具書上的數(shù)據(jù)建立工程數(shù)據(jù)庫,在此基礎上,編寫程序(如VB, VC, Delphi等)調(diào)用SolidWorks的API函數(shù)實現(xiàn)對圖庫零件的尺寸參數(shù)驅(qū)動芹橡。

2.2基于SolidWorks的夾具裝配體建模方法

本系統(tǒng)可運用交互式方法在SolidWorks裝配環(huán)境下,以要設計夾具的零件工序圖(3D模型)為裝配的基礎,按照手動繪制夾具總裝圖的步驟,交互式調(diào)用夾具圖形庫中的定位元件望伦、夾緊元件及機構(gòu)、導向元件裝置等零件圖屯伞。在裝配體建模過程中,實際上是用二次開發(fā)所得,加載在SolidWorks裝配體生成環(huán)境下的菜單項,對上述元件實現(xiàn)尺寸驅(qū)動,進行裝配,最后根據(jù)夾具總的布局設計夾具體生成整個機床夾具裝配體。

在SolidWorks環(huán)境下,可迅速的對夾具裝配體進行裝配干涉檢查和誤差分析,大大提高了沒計效率劣摇。同時在夾具三維圖形庫中調(diào)用的零件模型,可利用SolidWorks的COSMOSX-press進行受力應力狀況分析,再轉(zhuǎn)換到內(nèi)嵌于SolidWork:的軟件的COSMOS/Works進行更高級的有限元分析珠移。這樣就可以實現(xiàn)機床夾具的計算機輔助設計校驗末融。裝配體還可用Solidworks自帶的一個插件Animator(動畫軟件)對夾具進行運動仿真,即給定夾具中可以運動的零件的運動方式和運動路徑,使裝配體產(chǎn)生運動,從運動過程可以看出各零件是否會產(chǎn)生運動的干涉,以便及時修改。Solidworks可以把運動過程生成AVI動畫文件,保存后可以脫離軟件環(huán)境獨立運行粮郁。

在三維設計環(huán)境SolidWorks下完成元件的具體設計和裝配圖設計,并進行裝配干涉檢驗和誤差分析等內(nèi)容,從而可以檢驗概念設計的正確與否,并可糾正概念設計中的錯誤和不合理之處。

詳細設計是夾具設計的最后階段,主要工作是完成夾具二維圖形的設計亮倍。目前的三維設計軟件SolidWorks具有從三維生成二維工作圖,而且具備雙向關聯(lián)的能力,并且具有三維實體全面尺寸約束和特征修改能力,因此能在設計中修改尺寸形狀忆颇。

3纠惧、應用實例及結(jié)論

本文提出了一種在SolidWorks平臺基礎上的三維CAFD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系卿截。通過建立SolidWorks二次開發(fā)的夾具三維圖形庫,以及SolidWorks在夾具設計時在裝配體建模和分析中的運用方法,提出開發(fā)基于SolidWorks三維平臺的CAFD系統(tǒng),用以有效提高夾具設計的效率和標準性。圖3和圖4分別為調(diào)用三維夾具圖形庫的標準件實例和在SolidWorks裝配環(huán)境下面生成的夾具裝配體的模型實例拨蓖。

不斷完善SolidWorks二次開發(fā)建立的夾具三維圖形庫可以更好地滿足企業(yè)的要求,提高三維CAFD系統(tǒng)的實用性和通用性。

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