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敏捷夹具CAD系统组成,自动构形设计方法研究

摘要：介绍了敏捷夹具系统组成，阐述了敏捷夹具的层次表示结构，提出了计算机辅助敏捷夹具自动构形可行的研究方法．

关键词：敏捷夹具；计其中算机辅助夹具设计特征建模；自动构形设计

夹具是制造系统与装备中的一个重要基础部件，随着CAD/CAM技术的发展，传统的夹具设计方石油焦式不能满足现代制造系统灵活、快速的要求．敏捷夹具是为了适应这一要求而产生的一种新的夹具理念和装夹系统，是传统组合夹具、柔性夹具的延伸和发展．敏捷夹具对提高制造系统快速响应产品变化的能力，缩短产品设计制造周期，增加制造系统的柔性，降低成本，提高产品质量等都具有十分重要的意义．

1 敏捷夹具的层次表示

现在通常使用的标乃至还有不同的亚稳相共存准装夹系统有两种：基于T型槽的装夹系统和基于销钉结构的装夹系统．由于销钉系夹具系统更易于实现夹具的自动装配，因此目前进行的敏捷夹具研究的过程中，选择了销钉装夹系统作为研究对象．在销钉装夹系统中，所有的装夹元件都通过一定的方式定位且连接在基板上，基板上均布着间距标准的连接孔．在销钉系夹具系统电阻表中当工件和元件固定在基板上以后，就得到整个夹具体．

整个夹具体的结构可以用三个层次表达：装夹单元层、元件层、功能表面层．

1.1 装夹单元层

装夹单元是几个相互连接的夹具元件的集合，其中至少有一个（通常也只有一个）夹具元件通过功能表面与工件直接接触，起到定位、支撑或夹紧的作用．我们将该功能表面定义为此装夹单元的作用面．装夹单元作用面有平面和柱面两种．平面用平面中点Pc、平面法矢Vc唯一标识；柱面可用柱面中心轴上一点Pa、中心轴向量Va唯一标识．装夹单元作用面中点称为该装夹单元作用点，作用点到基板的距离定义为作用高度H．作用高度是夹具构形设计的重要参数，本文将在稍后讨论．

1.2夹具元件层

敏捷夹具的构形过程可以看成一个选择元件、组装元件的过程．夹具元件分四类：基板，定位元件、夹紧2013年底元件、支撑元件．后三类元件通过拼装形成装夹单元，装夹单元安装在在基板上构成满足设计要求的夹具体．一个含有大量标准夹具元件的元件库和一个元件装配关系库是构形设计的前提和基础．夹具元件库和元件装配关系库记录三方面的信息：元件几何信息、元件装配特征信息、元件之间装配关系．元件几何信息由CAD平台直接读取元件图形获得；元件装配信息通过定义和读取元件各装配功能表面参数获取；两个元件之间装配关系(包括两个相同的元件之间的装配关系）的描述，首先根据两个元件的装配特征判断两者能否进行装配，标准夹具元件装配关系模型如图1(图中V1、V2、…V8均表示敏捷夹具元件库中的装夹元件）．如果满足装配要求就将元件的装配特征和两元件之间的装配方式记录入装夹元件装配关系库并进行存储．当遍历过所有的敏捷夹具元件库中所有元件两两之间的装配关系后，就可得到系统的敏捷夹具元焦碳滤料件装配关系库．

图1 标准夹具元件装配关系模型图

1.3 功能表面层

功能表面是夹具元件上与工件、其他元件接触，起到定位、夹紧或装配作用的表面．

2 系统简介

我们开发了一个计算机辅助敏捷夹具设计系统，系统模块见图2．

图2 敏捷夹具计算机辅助自动构形设计系统模块结构图

系统在进行构形设计之前，由用户采取人机交互的方转动上夹头手柄把线材上端抓紧式输入装夹规划，系统自动从元件库中选择合适定位夹紧元件，依据元件装配关系，拼装成对应于各个装夹点的装夹单元，同时自动确定各定位夹紧元件、装夹单元的位置和方向，最后自动拼装成夹具总体装配图并管理起来．现将主要模块介绍如下：

（1）装夹规划模块，提供友好的用户界面，让用户输入装夹规划，用于确定待加工工件的各个定位装夹表面和相关表面上的定位装夹点．

（2）夹具元件库，是基于特征建模的数据库，采用特征建模技术，进行参数设计，记录夹具元件的实体特征和装配特征．

（3）夹具元件装配关系库，记录元件之间相互装配关系．

（4）自动构形模块，根据装夹规划，工件信息，依托夹具元件库、元物理家教件装配关系库自动生成敏捷夹具装配图．该模块包括元件选择、装夹单元生成和装夹单元安装三个子模块．

3 敏捷夹具自动构形

敏捷夹具在自动构形模块建立夹具元件库、夹具元件装配关系库基础上，根据工件信息，装夹规划自动生成敏捷夹具装配图，其构形过程可分为以下两个步骤．

3.1 选择夹具元件，生