工裝設(shè)計師，設(shè)計夾具的速度再快一點！

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如何能夠在較短時間內(nèi)研發(fā)出符合生產(chǎn)需求的產(chǎn)品？

基本上是原有的產(chǎn)品進行變型設(shè)計才能在多變的市場迅速推出。

變型設(shè)計是在保持產(chǎn)品基本功能、基本原理和基本結(jié)構(gòu)不變的前提下，對產(chǎn)品的局部功能和結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和變更，以滿足不同工作性能的要求，可以重用已有資源，顯著提高產(chǎn)品的設(shè)計速度和質(zhì)量。

這里給大家介紹一種機加夾具變型設(shè)計方法，以裝夾特征為操作對象實現(xiàn)夾具設(shè)計的，簡化夾具設(shè)計過程，提高夾具設(shè)計效率。

某航空發(fā)動機盤軸銑削夾具設(shè)計案例

圖1 應(yīng)用變形設(shè)計前的夾具設(shè)計流程

利用該夾具設(shè)計方法進行盤軸工序模型的夾具設(shè)計需要輸入6個設(shè)計參數(shù)，并且在這過程中需要進行多次推導(dǎo)計算。

應(yīng)用裝夾特征的夾具變型設(shè)計方法的設(shè)計流程：

圖2 應(yīng)用裝夾特征的夾具變型設(shè)計方法的設(shè)計流程

利用裝夾特征的夾具變型設(shè)計方法完成盤軸工序模型的夾具設(shè)計不需要任何的計算和參數(shù)輸入，僅需拾取 3 個裝夾特征即可，有效提高了夾具的設(shè)計效率，并使夾具的設(shè)計更加直觀。

通過應(yīng)用這種方法的前后對比可以明顯看出，應(yīng)用到機加夾具設(shè)計中，可有效提高夾具的設(shè)計效率，具有很好的應(yīng)用價值。接下來具體介紹一下這種根據(jù)裝夾特征的夾具變型設(shè)計方法。

裝夾特征的夾具變型設(shè)計原理

設(shè)計原理如下圖3所示: 為工序模型設(shè)計夾具時，拾取工序模型的裝夾特征，提取裝夾特征的尺寸和相對位置參數(shù)作為設(shè)計參數(shù); 然后將設(shè)計參數(shù)賦值給工序模型模板的驅(qū)動主參數(shù)，驅(qū)動夾具變型設(shè)計模版的變型，設(shè)計出與工序模型相適應(yīng)的夾具實例，該夾具實例繼承了夾具變型設(shè)計模板的功能和原理。

圖3 基于裝夾特征的機加夾具變型設(shè)計原理圖

驅(qū)動主參數(shù): 將工序模型模板上用來約束單個裝夾特征尺寸或一組裝夾特征相對位置的參數(shù)稱為驅(qū)動主參數(shù)。

夾具變型設(shè)計模板: 夾具變型設(shè)計模板由工序模型模板和夾具模板組成。將工序模型模板的裝夾特征與夾具模板的裝夾結(jié)構(gòu)建立關(guān)聯(lián)，通過修改驅(qū)動主參數(shù)即可實現(xiàn)以工序模型模板裝夾特征為驅(qū)動的夾具變型設(shè)計模板的變型。

夾具變型設(shè)計模板構(gòu)建

夾具變型設(shè)計模板是在工序模型模板、夾具模板的基礎(chǔ)上生成的，可將其構(gòu)建過程分為基于裝夾特征的工序模型模板構(gòu)建、夾具模板構(gòu)建和夾具變型設(shè)計模板的生成三個階段。

1.工序模型模板構(gòu)建

針對同類工序模型所設(shè)計的夾具，由于工序模型裝夾特征的尺寸和相對位置的不同，導(dǎo)致夾具裝夾結(jié)構(gòu)的尺寸存在差異。通過構(gòu)建工序模型模板，用驅(qū)動主參數(shù)約束裝夾特征的尺寸和相對位置，當(dāng)修改驅(qū)動主參數(shù)時，即可使工序模型模板上裝夾特征的尺寸和相對位置發(fā)生變化，從而使針對工序模型模板所設(shè)計的參數(shù)化夾具滿足所有同類工序模型的裝夾要求。

工序模型模板構(gòu)建時，首先分析同類工序模型在結(jié)構(gòu)上的共性，構(gòu)建包含主要結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型; 然后在該參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，用驅(qū)動主參數(shù)約束裝夾特征的尺寸和相對位置，形成工序模型模板。

下圖4為某航空發(fā)動機盤軸類零件工序模型模板的截面圖，在該工序模型模板中，以驅(qū)動主參數(shù) H 約束了定位面與壓緊面之間的相對位置，以驅(qū)動主參數(shù) D約束了定位外圓的尺寸，通過更改 H 值即可改變定位面與壓緊面的相對位置，通過更改 D 值即可改變定位外圓的尺寸。

圖4 工序模型模板截面圖

利用驅(qū)動主參數(shù)約束裝夾特征的尺寸和相對位置后，即建立了裝夾特征與驅(qū)動主參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過更改驅(qū)動主參數(shù)即可實現(xiàn)對裝夾特征尺寸和相對位置的改變。

2.夾具模板構(gòu)建

夾具模板是在分析同類工序模型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對工序模型模板所設(shè)計的參數(shù)化的夾具模型。夾具模板各變型組件的參數(shù)需要隨驅(qū)動主參數(shù)的變化而變化，因此需建立夾具模板內(nèi)部組件相關(guān)變型參數(shù)與驅(qū)動主參數(shù)直接或間接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，該關(guān)聯(lián)關(guān)系如下圖3所示。其中，輔助參數(shù)是指夾具模板組件中影響其他參數(shù)變化的參數(shù); 獨立參數(shù)是指夾具模板組件中不影響其他參數(shù)變化的參數(shù)。

圖5 參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系圖

圖 5 是在圖 4 工序模型模板的基礎(chǔ)上設(shè)計的夾具模板。以夾具模板中某輔助參數(shù) d 與驅(qū)動主參數(shù) D的關(guān)聯(lián)為例介紹參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)方式: 由于夾具模板上定位外圓面的徑向尺寸與工序模型模板上定位外圓面的徑向尺寸具有相等的關(guān)系，因此建立了 d = D 的關(guān)聯(lián)關(guān)系。這樣在夾具設(shè)計過程中，通過拾取工序模型上的定位外圓面，并將定位外圓面的徑向尺寸賦值給 D，即可驅(qū)動 d 部位的尺寸發(fā)生變化。

圖6 夾具模板圖

3.夾具變型設(shè)計模板的生成

將工序模型模板的裝夾特征與夾具模板的裝夾結(jié)構(gòu)對應(yīng)裝配，并將驅(qū)動主參數(shù)添加到裝配模型的屬性中。該裝配模型即成為夾具變型設(shè)計模板，采用交互式的驅(qū)動主參數(shù)提取方法，通過拾取工序模型模板上的裝夾特征，獲得裝夾特征的尺寸，并將工序模型模板中的參數(shù)與該尺寸進行對比，把與該尺寸值相同的參數(shù)列出，由設(shè)計者選擇出驅(qū)動主參數(shù)。

圖7 驅(qū)動主參數(shù)提取過程示意圖

完成對裝配模型驅(qū)動主參數(shù)的提取后，將驅(qū)動主參數(shù)添加到裝配模型的屬性中，生成夾具變型設(shè)計模板。在夾具設(shè)計過程中，通過自動讀取夾具變型設(shè)計模板的屬性，獲得驅(qū)動主參數(shù)，并對驅(qū)動主參數(shù)賦值，即可實現(xiàn)設(shè)計信息的獲取與夾具設(shè)計的連續(xù)進行，減少了人為輸入設(shè)計參數(shù)的環(huán)節(jié)，簡化了夾具的設(shè)計過程。

圖8是在圖4工序模型模板和圖6夾具模板的基礎(chǔ)上生成的夾具變型設(shè)計模板，該夾具變型設(shè)計模板的模型屬性中添加了驅(qū)動主參數(shù)信息。

圖8 夾具變型設(shè)計模板圖

夾具變型設(shè)計模板生成后，為保證用戶在夾具設(shè)計時所拾取的裝夾特征與設(shè)計人員在驅(qū)動主參數(shù)提取時所拾取的裝夾特征準確對應(yīng)，需要繪制工序模型模板的特征標(biāo)示圖作為工序模型裝夾特征拾取的參照，將驅(qū)動主參數(shù)提取過程中所拾取的裝夾特征進行標(biāo)示。

圖9是根據(jù)圖8夾具變型設(shè)計模板的驅(qū)動主參數(shù)提取過程所繪制的特征標(biāo)示圖，參照該圖拾取工序模型上對應(yīng)位置的定位外圓，即可得到驅(qū)動 D 值發(fā)生變化的尺寸; 拾取定位面、壓緊面這一對裝夾特征，即可得到驅(qū)動 H 值發(fā)生變化的尺寸。

圖9 特征標(biāo)示圖

以夾具變型設(shè)計模板為設(shè)計基礎(chǔ)

1.建立模型屬性的數(shù)據(jù)匹配機制

利用夾具變型設(shè)計模板進行夾具設(shè)計時，為將工序模型裝夾特征的尺寸和相對位置參數(shù)準確賦值給驅(qū)動主參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)計信息由工序模型到夾具變型設(shè)計模板的傳遞，利用模型屬性完成數(shù)據(jù)匹配。

圖10 基于模型屬性的數(shù)據(jù)匹配機制

夾具設(shè)計過程中，通過拾取工序模型的裝夾特征，獲得裝夾特征的尺寸；系統(tǒng)通過讀取模型的屬性，獲得驅(qū)動主參數(shù)信息，并將裝夾特征的尺寸與驅(qū)動主參數(shù)進行匹配，實現(xiàn)對驅(qū)動主參數(shù)的賦值，以此驅(qū)動夾具變型設(shè)計模板的變型。該數(shù)據(jù)匹配機制如圖10所示。

2.更新組件參數(shù)，完成驅(qū)動變型

首先根據(jù)特征標(biāo)示圖拾取工序模型的裝夾特征，獲得裝夾特征的尺寸和相對位置參數(shù)，該尺寸和相對位置參數(shù)為夾具的設(shè)計參數(shù); 然后通過基于模型屬性的數(shù)據(jù)匹配機制，將設(shè)計參數(shù)賦值給工序模型模板的驅(qū)動主參數(shù); 驅(qū)動主參數(shù)的變化通過參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系傳遞給夾具模板的輔助參數(shù)和獨立參數(shù)。最后通過組件的參數(shù)更新，完成夾具變型設(shè)計模板的驅(qū)動變型，生成夾具實例。

圖11 變型設(shè)計過程

（來源jiajuxia）

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