引言

　　隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展托逝，產品的更新換代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產模式逐步被中小批量生產模式所取代桥膝，機械制造系統(tǒng)欲適應這種變化須具備較高的柔性萤皂。國外已把柔性制造系統(tǒng)（FMS）作為開發(fā)新產品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向匣椰。

　　柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面裆熙，而組合夾具又是工裝柔性化的重點。組合夾具是一種標準化禽笑、系列化入录、通用化程度很高的工藝裝備，它是由一套預先制造好的各種不同形狀佳镜、不同規(guī)格僚稿、不同尺寸、具有完全互換性的標準元件和組合件蟀伸，按工件的加工要求組裝而成的夾具蚀同。由于組合夾具使用完畢后，可以拆卸啊掏、清洗蠢络，重新組裝新的夾具，因此迟蜜，組合夾具的應用非常普遍刹孔，尤其適合于多品種、中小批量的生產略匕。

　　然而缓贤，多年來，對組合夾具的設計和組裝熟督，由于時間眷幢、環(huán)境條件的限制澎矗，總體設計與系統(tǒng)結構只能串行不能并行。夾具工藝師對工件的定位酒舶、裝夾設計主要依賴經驗标晤，定性分析較多，定量分析較少宇赁，且計算復雜蕴轩，同時缺乏必要的優(yōu)化設計，設計的圖紙不夠直觀凳嘁。在裝夾過程中工人要認真消化圖紙搁突，設計過程前期的潛在問題，在總裝時匯總只磷，達不到預期的效果经磅，甚至造成返工。設計過程中的裝配干涉問題钮追，無法在設計中提前發(fā)現预厌，造成工人的勞動強度增大。已經很難適應當今快速元媚、多樣化的制造需求轧叽。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刊棕。

　　傳統(tǒng)的組合夾具設計主要依靠手工完成炭晒，CAD 設計系統(tǒng)主要采用以交互式為主的半創(chuàng)成式設計方法。現在甥角，大量三維實體造型軟件崛起网严，如Pro / E 、Solidworks嗤无、UG屿笼、Solidedge 等，推動了設計領域的新革命强剥，由于這些三維軟件担擦，不僅僅可創(chuàng)建三維實體模型，還可利用設計出三維模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查拟晋、機構分析雕残、動態(tài)干涉檢查、動力學分析蛇狐、強度分析等榛湖。同時由于組合夾具的組件全部是標準件，而且數量有限腿宛，易于儲存和檢索等特點巫邻，使建立組合夾具站成為可能猫荤。若將計算機輔助設計應用到組合夾具設計中，尤其是將Pro / E 應用到組合夾具設計中溺察，則可使組合夾具的設計非巢t芬？旖荩b配生產率得以顯著提高矫评。

　　1 建庫

　　1.1 建庫必要性

　　盡管系統(tǒng)本身有一個數量龐大的特征庫：其中包括少部分組合夾具標準件卜壕，但各種不同規(guī)格尺寸的組合夾具標準件數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部分標準件烙常，同時不同廠家生產的標準件規(guī)格略有不同轴捎，這種情況勢必影響設計效果和效率。若能根據組裝站實際配置的標準件重新創(chuàng)建標準件庫蚕脏，既可充分利用現有標準件進行組合夾具的設計侦副，又可免去重復煩瑣地創(chuàng)建標準件模型，同時標準件的回取比較快捷驼鞭。這樣秦驯，設計者可以直接在標準件庫中選取零件，非持找椋快捷地實現組合夾具的動態(tài)模擬裝配。

　　2.2 組合夾具庫的結構

　　組合夾具是在夾具零部件標準化的基礎上發(fā)展起來的一種新型的工藝裝備葱蝗。它由一套預先定制好的穴张、具有各種不同形狀的規(guī)格尺寸的標準元件和組合件組成。在加工工件前两曼，根據工件的工藝要求皂甘、采用的設備和夾具設計原則，選擇夾具元件瞳胸，確定元件間的位置關系哪峰，組裝出機械加工使用的工裝夾具。組合夾具基本組件數量繁多节拷，為便于歸類和方便檢索標準件守搬，將組合夾具可分為九大類，即基礎件啦掸、支承件杰趾、定位件、導向件匀象、壓緊件稀销、緊固件、其它件乏茶、合件栗绝，其中每一類型中又包括多個品種甚岩，每個品種中又有不同的規(guī)格。

　　1.3 建庫的步驟

　　創(chuàng)建夾具標準件圖形庫的主要任務是圖形生成涕瘸。對于標準件等相似性強的圖形生成可采用變量法即參數法：對于原始模型的所有幾何特征涡相，給定它的組成參數及其參數值的變化范圍，這些可變參數稱為變量谜诫，通過輸入這些變量值漾峡，便可得到所需形狀及尺寸。組合夾具的標準件上都設計有尺寸相同喻旷、間隔均勻的T 形槽生逸、長方槽、螺紋孔等結構且预，因此槽袄，采用以下兩個步驟建庫便可簡化煩瑣重復的標準件創(chuàng)建過程。

　　第一步锋谐，創(chuàng)建用戶定義特征遍尺。UDF 把標準件上都具有的T形槽、螺紋孔等特征建立UDF涮拗，一般根據組合夾具系列的不同乾戏，需創(chuàng)建的主要UDF 如附表所示。在創(chuàng)建各標準件時只需把UDF 特征加載到基本幾何體上三热，便可非彻脑瘢快捷地創(chuàng)建標準件。

　　第二步澈嘱，創(chuàng)建簇表Family Table的讯。既然同一類型中的組件其形狀相似，用Pro / E 中的族表功能則會事半功倍收黔。Pro / E 中的簇表（Family Table）是本質上相似的零件（或組件某现、特征）的集合，但在大小或詳細特征等一兩個方面稍有不同颊嘱。對于重復性高宋睦、相似性大的零件（如螺絲、扳手等）或者標準件腊拍，不需要每個規(guī)格都建立一個零件浮两，而可以使用一個原始樣本零件（Generic Part）及一簇表（Family Table）即可代表無數個零件。任何時候筋悴，只要調出簇表內任一個零件的名稱俩食，即可自動產生一個照簇表所示尺寸比例的零件。

　　顯然，族表大大提高了標準化組件的用途菊碟。它們不但允許在Pro / E 中表示實際的零件清單节芥，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)建簇表的過程中逆害，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準件中尺寸最大的標準件作為原始模型头镊。二是當尺寸最大的標準件不能包含同類型標準件的所有特征時，應在尺寸最大的標準件基礎上添加上未包含的特征才能作為原始模型魄幕。

　　2 用Pro / E 進行組合夾具設計步驟

　　2.1 創(chuàng)建工件模型

　　創(chuàng)建工件模型是在標準件庫創(chuàng)建工作完成之后進行的相艇。首先需要分析的內容包括：工序圖、工件的結構形狀特征纯陨、本道工序的加工要求坛芽。然后創(chuàng)建出工件三維實體模型，以便于進行動態(tài)模擬裝配翼抠。

　　2.2 夾具裝配

　　根據零部件之間的裝配關系和約束條件咙轩，進行虛擬設計組裝，并進行相應檢驗阴颖，進而對設計進行分析活喊，對不合理的設計進行修改。首先分析工序圖孽衩，初步確定定位箫俯、夾緊及導向、對刀方案陌沟，然后可在標準件庫中直接選取合適的定位怕事、夾緊、導向荞扒、對刀元件丙煞，并要選擇合適的基礎板來支承這些元件灌饵。接下來便可進行組合夾具的動態(tài)裝配窟蝌，在模擬裝配時應注意裝配的順序，在基礎夾具體上安裝定位元件粹龄，實現工件定位后锉潜，再安裝夾緊元件及導向對刀元件。如圖1 所示插驾，應用Pro / E 設計的車削一偏心軸外圓的組合夾具摹色。

　　2.3 裝配體的分析

　　對夾具裝配體的結構、大小篇裁、轉動慣量等的分析是總體設計必不可少的環(huán)節(jié)之一沛慢。在傳統(tǒng)的設計過程中，這一過程一般靠手工計算，大多數情況只是依靠經驗而使準確度不易保證团甲，增加總體設計的困難逾冬。應用Pro / E 軟件，會使裝配間隙的調整和裝配干涉的檢查變得更加準確躺苦、直觀身腻、快捷。而且對于檢驗設備不能接近的部位匹厘，間隙也能得到控制嘀趟，使得干涉問題消除在方案階段。

　　第一步愈诚，在菜單【Model】→【Part】→【Setup】→【Densit.】的提示行給出材料密度她按，在菜單【Model】→【Part】→【Setup】→【Units】下定義質量、長度單位扰路。

　　第二步尤溜，進入【Analysis】主菜單，可以對距離聘银、模型篇惧、曲線、曲面等進行實時分析替独。

　　調換不合理的組件蔫婉，修改不合理的位置，Pro / E 的全相關性能夠對組件的尺寸衬蚤、大小孕赫、規(guī)格稍作變化，裝配體隨之會相應更改砌纸，達到完全滿足設計要求為止玉惫。

　　2.4 信息處理

　　相關信息的處理包括裝配圖和爆炸圖的生成和明細表的提取。

　∶褚椤（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计灌。在三維空間實現了組合夾具模擬裝配后，即可在菜單上指定一個命令迂腔，快捷地創(chuàng)建二維裝配圖钟牛。若基本視圖或向視圖不能清楚表達較復雜裝配關系時，則作必要的剖面膝擂，選擇這些剖面作局部放大虑啤、旋轉、展開等種類視圖架馋。對于三維組裝模型狞山，可將其作為獨立視圖全闷，縮放后放于圖紙右上角，以提高工程人員的閱讀速度萍启。這樣室埋，既可節(jié)省校對、審核和批準人員的圖面檢查時間伊约，又可以使其投入更多的精力進行功能性審查姚淆。

　　（2）明細表的提取

　　在視圖完成后屡律，Pro / E 平臺能自動地完成零件數量的統(tǒng)計和明細表的填寫等相關信息腌逢，而在傳統(tǒng)的組合夾具設計中，對組合組件的信息統(tǒng)計需耗費夾具工藝師不少的時間和精力超埋。在主菜單【Info】列表中可以顯示出特性信息缓冷、裝配體模型的所有組成組件、特征主從關系淑免、模型尺寸等即倦。例如【Info】→【Model】→【Top】→【Leve】→【Apply】可以列出裝配順序、主從關系暑礼、基本尺寸等疚线，建立基本信息明細表，工藝師可以編輯明細表硅拆，為組裝工人提供組裝依據背渤，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栗衍、爆炸圖熊骆、二維視圖、信息明細表進行實際裝配丽阎。

　　3 結束語

　　采用Pro / E 軟件創(chuàng)建組合夾具標準件庫，設計人員通過合理選擇標準件谴垫，可迅速進行模擬裝配章母，對不合理的裝配結構可及時調整更改。隨著機器人的發(fā)展弹渔，組合夾具的實際裝配更趨于自動化胳施，由Pro / E 設計完成裝配體后溯祸，建立的裝配信息控制機器人自動裝配肢专，可將工人工作量減到最低，可使裝配技術更加適合現代制造的需要焦辅。Pro / E 智能化的三維軟件為組合夾具設計帶來方便博杖，也使組合夾具更加適合應用于柔性制造系統(tǒng)。

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