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1、 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課 題 基于SolidWorks組合夾具元件庫(kù)的 開(kāi)發(fā)—基礎(chǔ)件、定位件 20 / 21 摘要 針對(duì)傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題,以與組合夾具元件標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn),通過(guò)CAD 參數(shù)化設(shè)計(jì)思想,利用Delphi7建立數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸參數(shù),設(shè)計(jì)用戶交互界面,編輯相關(guān)代碼,添加SolidWorks 的類型庫(kù),最后調(diào)用SolidWorks API 函數(shù)自動(dòng)繪制三維夾具元件圖,建立組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件圖庫(kù)。應(yīng)用驗(yàn)證表明本文開(kāi)發(fā)的參數(shù)化3D圖庫(kù)對(duì)提高組合夾具設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量有

2、較好的推動(dòng)作用。為解決組合夾具典型功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)重用問(wèn)題,提出了一種在三維繪圖軟件SolidWorks平臺(tái)上、基于裝配約束方程的構(gòu)件自動(dòng)建模方法. 文中分析了構(gòu)件自動(dòng)建模原理、構(gòu)建模板建立方法、裝配參數(shù)方程提取、參數(shù)方程語(yǔ)義分析以與參數(shù)驅(qū)動(dòng)方法。在此基礎(chǔ)上建立了組合夾具元件庫(kù)系統(tǒng)給出了構(gòu)建應(yīng)用實(shí)例，從而解決了構(gòu)件自動(dòng)建模中的難點(diǎn)，為夾具的自動(dòng)裝配和自動(dòng)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：組合夾具， 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)， 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)， SolidWorks 目錄 1 緒論 ....

3、............................................................................................................................................... 1 1.1 課題研究背景和意義 ....................................................................................................................... 1 1.2 二次開(kāi)發(fā)的分析 ....

4、........................................................................................................................... 2 2 夾具元件庫(kù)的結(jié)構(gòu)框架 .........................................................................................................3 2.1 引言 .............................................

5、.......................................................................................................3 2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu) ........................................................................................................................................3 2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ....................................

6、........................................................................................................5 2.4 組合夾具元件的自動(dòng)幾何建模原理 ................................................................................................5 2.5 組合夾具元件模板建立 ...........................................................

7、........................................................ 5 3 組合夾具元件庫(kù)的建立 ........................................................................................................ 7 3.1 組合夾具按品種建模 .........................................................................................................

8、.............. 7 3.2 建立組合夾具元件庫(kù) ....................................................................................................................... 8 3.3 在SolidWorks界面添加“組合夾具元件”菜單 ......................................................................... 8 3.4 組合夾具構(gòu)件的自動(dòng)建模原理.....................

9、.................................................................................... 8 4 組合夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì)................................................................................................10 4.1 用SolidWorks對(duì)組合夾具元件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法...............................................................10

10、 4.2 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本思路.............................................................................................................10 4.3 組合夾具元件參數(shù)化設(shè)計(jì).................................................................................................................11 4.3.1 實(shí)體結(jié)構(gòu)特征分析與建模.....................

11、........................................................................................11 4.3.2 零件設(shè)計(jì)尺寸和特征命名.............................................................................................................12 4.3.3 建立系列零件表.................................................................

12、............................................................12 4.3.4 系列零件顯示.................................................................................................................................14 5 結(jié)語(yǔ).......................................................................................

13、.............................................................16 參考文獻(xiàn).....................................................................................................................................................17 1 緒論 1.1課題研究的背景與意義 當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，快速響應(yīng)用戶需求成為現(xiàn)代制造企業(yè)面臨的首要課題。為

14、了贏得產(chǎn)品的上市時(shí)間，各個(gè)企業(yè)不斷增加人力和物力來(lái)加快產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)速度。與此同時(shí)，產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的課題也成為了各個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。 為了適應(yīng)這一新變化，制造業(yè)正在朝著信息化的方向發(fā)展。對(duì)制造企業(yè)而言，信息化的核心是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和工裝以與相關(guān)信息的數(shù)字化。CAD 技術(shù)在企業(yè)數(shù)字化、信息化過(guò)程中起著重要作用。但 CAD 技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)以通用化為標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的通用化程度，造成了目前 CAD 技術(shù)只是作為一種通用畫圖的工具，而沒(méi)有結(jié)合相關(guān)行業(yè)的專業(yè)知識(shí)，成為一種真正的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。因此，研究面向各種行業(yè)的 CAD 系統(tǒng)就成了目前國(guó)外研究開(kāi)發(fā) CAD的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，這對(duì) CAD 系統(tǒng)的

15、發(fā)展將產(chǎn)生重要深遠(yuǎn)的影響。在這種背景下計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)（computer aided fixture design，CAFD）研究逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)。 根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)水平，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期一般要占整個(gè)產(chǎn)品研制周期的 50%～70%，而工藝裝備的設(shè)計(jì)制造周期又占生產(chǎn)準(zhǔn)備周期的50%～70%，其中工藝裝備的準(zhǔn)備階段中有 70%～80%的時(shí)間用于夾具的設(shè)計(jì)和制造。在現(xiàn)在制造企業(yè)中，夾具是保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量管理的重要手段。所以?shī)A具設(shè)計(jì)的周期長(zhǎng)短對(duì)于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期有重大的影響。 為了適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)類型對(duì)夾具快速設(shè)計(jì)的需要，以與隨著數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的機(jī)械制造企業(yè)

16、采用組合夾具。組合夾具是在夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的工藝裝備，它由一套預(yù)先制好的具有各種不同形狀和規(guī)格尺寸的標(biāo)準(zhǔn)元件和組合件組成。在加工前，根據(jù)工件要求，所采用的機(jī)床和夾具的設(shè)計(jì)原則，選取標(biāo)準(zhǔn)元件，確定所選元件之間的位置關(guān)系，裝配出滿足要求的夾具。由于組合夾具應(yīng)變能力強(qiáng)，設(shè)計(jì)和制造周期短，成本低，能適應(yīng)多品種小批量的生產(chǎn)要求，可以大幅度提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，所以日益受到制造企業(yè)的青睞。 經(jīng)過(guò)對(duì)金城集團(tuán)、14 所等單位的調(diào)研得知，目前組合夾具設(shè)計(jì)基本上還是滯留在手工階段，主要依靠組合夾具設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行直接設(shè)計(jì)、選件和組裝。這樣，組合夾具設(shè)計(jì)完成之后，既沒(méi)有相關(guān)的組合夾具設(shè)計(jì)

17、文檔，也無(wú)組合夾具組裝圖紙。因此，就會(huì)帶來(lái)以下幾個(gè)問(wèn)題： 1．設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、效率低、成本高； 2．設(shè)計(jì)的質(zhì)量在很大程度上受到設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平所限制； 3．設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)在組合夾具設(shè)計(jì)中重用率低。 計(jì)算機(jī)輔助組合夾具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAMFRDS）的研究試圖解決上述在組合夾具設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。此項(xiàng)研究主要從組合夾具可重構(gòu)性的角度出發(fā)，對(duì)組合夾具元件、構(gòu)件和典型組合夾具實(shí)例進(jìn)行合理的建模，從而對(duì)組合夾具設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生重大的改進(jìn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理是充分有效利用現(xiàn)有組合夾具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在典型夾具實(shí)例庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理、變型，快速地設(shè)計(jì)和組裝出滿足工藝要求的組合夾具，以縮短夾具設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備的時(shí)間，滿

18、足快速響應(yīng)客戶需求的目標(biāo)。因此該項(xiàng)研究對(duì)于提高機(jī)械產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。 1.2 二次開(kāi)發(fā)的分析 夾具是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備,它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性的標(biāo)準(zhǔn)元件和組合件,按工件的加工要求組裝而成。它可以拆卸、清洗,并可重新組裝成新的夾具,其應(yīng)用非常普遍,尤其適合于多品種、中小批量的生產(chǎn)。但是現(xiàn)在,組合夾具的設(shè)計(jì)由于還是采用有經(jīng)驗(yàn)的人工拼裝和管理的方法,夾具工藝師對(duì)工件的定位、裝夾設(shè)計(jì)主要依賴經(jīng)驗(yàn),定性分析較多,定量分析較少,且計(jì)算復(fù)雜,同時(shí)缺乏必要的優(yōu)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的圖樣不夠直觀。設(shè)計(jì)過(guò)程中的裝配干涉問(wèn)題,無(wú)法在

19、設(shè)計(jì)中提前發(fā)現(xiàn),造成效率比較低、生產(chǎn)的周期比較長(zhǎng)等種種問(wèn)題,這就使對(duì)組合夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究提升到了一個(gè)重要地位。 為了使組合夾具的設(shè)計(jì)更加快捷、方便,必須建立組合夾具元件庫(kù)。本系統(tǒng)利用Delphi7 對(duì)SolidWorks 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),自動(dòng)繪制組合夾具三維圖,建立圖庫(kù),直接用于夾具的虛擬組合裝配,指導(dǎo)實(shí)際夾具組裝,為設(shè)計(jì)人員省去很多重復(fù)勞動(dòng)。 SolidWorks 是美國(guó)SolidWorks 公司基于Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)的著名的全參數(shù)化三維實(shí)體造型軟件,它具有強(qiáng)大的零件設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、管理設(shè)計(jì)、繪制二維工程圖、支持異地協(xié)同工作等功能,它可實(shí)現(xiàn)由三維實(shí)體造型向二維工程圖的轉(zhuǎn)化,能

20、夠使零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖保持全時(shí)間的相關(guān)和同步。同時(shí)SolidWorks 具有良好的開(kāi)放性和兼容性。它不僅可以向下兼容二維AutoCAD ,同時(shí)還可以與其它專業(yè)軟件(如有限元分析軟件Ansys、數(shù)據(jù)加工軟件Camworks、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)SmarTeams、三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件UG、Pro / E 等) 無(wú)縫集成為功能十分強(qiáng)大的CAD / CAE / CAM / PDM 系統(tǒng),能夠勝任一般大型工程與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、制造和數(shù)據(jù)管理。SolidWorks 的API (Application Programming Inter2face) 應(yīng)用程序接口, 是一個(gè)基于ActiveX Automati

21、on的編程接口, 此接口為用戶提供了自由、開(kāi)放、功能完整的開(kāi)發(fā)工具, 其中包含了數(shù)以百計(jì)的功能函數(shù),這些函數(shù)提供了程序員直接訪問(wèn)SolidWorks 的能力。API 中的函數(shù)可以被Visual Basic 、Delphi 、C/ C+ + 、VBA ( Excel 、Access 等) 或者是SolidWorks 宏文件以與其它支持OLE 的開(kāi)發(fā)程序調(diào)用, 從而可以擴(kuò)展SolidWorks 的功能。 Delphi 是Borland 公司研制的新一代可視化開(kāi)發(fā)工具,擁有一個(gè)可視化的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE) ,采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言O(shè)bjectPascal 和基于部件的開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)框架。它提供了500

22、 多個(gè)可供使用的構(gòu)件,利用這些部件,開(kāi)發(fā)人員可以快速地構(gòu)造出應(yīng)用系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)人員也可以根據(jù)自己的需要修改部件或用Delphi 本身編寫自己的部件。并且其具有高性能的32 位本地優(yōu)化代碼編譯器,可直接運(yùn)行,能夠最終生成可單獨(dú)執(zhí)行的DLL 與EXE 文件,能方便地進(jìn)行多媒體、動(dòng)畫、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。 第二章 夾具元件庫(kù)的結(jié)構(gòu)框架 2.1引言 組合夾具元件是從專用夾具中的夾具元件逐漸演化而來(lái)的。在人們不斷的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，把一些常用的夾具元件的外形尺寸、結(jié)構(gòu)和精度等加以取舍和提高，再將它們加以標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和規(guī)格化，直至演變成組合夾具中各種不同

23、形式的元件。目前，隨著 CNC 機(jī)床的廣泛應(yīng)用，組合夾具在生產(chǎn)中應(yīng)用也越來(lái)越多。組合夾具的元件在生產(chǎn)實(shí)踐中也不斷加以改進(jìn)，數(shù)量和品種逐漸增加。因此，組合夾具元件庫(kù)是隨著生產(chǎn)的發(fā)展而不斷擴(kuò)充和完善的，并且這一趨勢(shì)將繼續(xù)進(jìn)行下去。 組合夾具設(shè)計(jì)過(guò)程是將分散的組合夾具元件按照一定的規(guī)律組裝成符合工藝要求的夾具的過(guò)程。組合夾具元件是組合夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。目前絕大多數(shù) CAD系統(tǒng)軟件，比如 UG、CATIA、Pro/E、SolidWorks 等，雖然提供了一些常用的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，但是都沒(méi)有提供面向組合夾具設(shè)計(jì)的參數(shù)化、用戶可方便自擴(kuò)充的元件庫(kù)和構(gòu)件庫(kù)。這樣，對(duì)于組合夾具設(shè)計(jì)人員，就常常因?yàn)闆](méi)有組合夾具元件庫(kù)

24、和構(gòu)件庫(kù)，而要進(jìn)行很多不必要的重復(fù)繪圖工作，大大降低了設(shè)計(jì)人員的工作效率。因此在 CAD 系統(tǒng)上建立一套用戶自己維護(hù)的參數(shù)化的組合夾具元件庫(kù)和構(gòu)件庫(kù)可以滿足組合夾具設(shè)計(jì)人員快速設(shè)計(jì)的需要。 組合夾具設(shè)計(jì)一般是面向單件小批量生產(chǎn)的。隨著工件的結(jié)構(gòu)形式和加工要求的變化，組合夾具結(jié)構(gòu)形式和組成夾具的元件尺寸也會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的組合夾具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累，企業(yè)在不斷調(diào)整組合夾具結(jié)構(gòu)形式的過(guò)程中，總結(jié)了大量滿足一定功能的系列化的、參數(shù)化的典型夾具結(jié)構(gòu)體。在本文中，這些典型的組合夾具結(jié)構(gòu)體稱之為組合夾具構(gòu)件。將這些典型的結(jié)構(gòu)集中管理，就形成一個(gè)構(gòu)件庫(kù)。以后遇到相似的需求時(shí)，便可以從這個(gè)庫(kù)中直接調(diào)出修

25、改應(yīng)用，這樣便實(shí)現(xiàn)了已有構(gòu)件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的重用。 目前國(guó)外也有大量的組合夾具元件庫(kù)建庫(kù)研究，但是研究基本上還是停留在方便繪圖這個(gè)層次上面。對(duì)于如何進(jìn)一步將組合夾具元件模型應(yīng)用于組合夾具實(shí)例推理系統(tǒng)上，這方面的研究還很少，至于組合夾具構(gòu)件庫(kù)的研究就更少了。本文從基于 CBR 的組合夾具快速設(shè)計(jì)角度出發(fā)，構(gòu)建組合夾具元件和構(gòu)件信息模型。這種建模的特點(diǎn)不僅是面向繪圖，而且面向組合夾具的快速裝配模型和組合夾具實(shí)例模型，最大程度上將已有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)重用，從而達(dá)到快速設(shè)計(jì)夾具的目的。 本文研究的元件和構(gòu)件庫(kù)以 CAD 軟件 SolidWorks 為平臺(tái)。SolidWorks 支持多種格式的 CAD 文件轉(zhuǎn)

26、換，在 SolidWorks 建立夾具元件庫(kù)和構(gòu)件庫(kù)，就可以通過(guò)相應(yīng)的文件格式轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)其他 CAD 系統(tǒng)的文件，從而可以達(dá)到滿足其它 CAD系統(tǒng)調(diào)用的目的。 2.2數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu) 其結(jié)構(gòu)型式分為孔系組合夾具、槽系組合夾具、組合沖模三大系列。槽系組合夾具又分16mm、12mm、8mm 三種型式。也就是通常所說(shuō)的大型、中型、小型組合夾具。槽系組合夾具元件分為8 類:即基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、其他件和合件,每個(gè)類里又有不同規(guī)格。槽系組合夾具標(biāo)件數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示。 圖2-1 3D標(biāo)件圖庫(kù)結(jié)構(gòu) 將每個(gè)元件參數(shù)抽象成數(shù)據(jù)表,利用Delphi 里面自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)Dat

27、abase Desktop 建立Paradox 類型的表。 （1）基礎(chǔ)件 有長(zhǎng)方形、圓形、方形與基礎(chǔ)角鐵等，它們常作為組合夾具的夾具體，主要類型有以下幾種： 圖2-2 基礎(chǔ)件的類型 （2）定位件 有平鍵、T型鍵、圓形定位銷、菱形定位銷、圓形定位盤、定位接頭、方形定為支承、六菱定位支承座等。主要用于工件的定位與元件之間的定位主要類型有以下幾種： 圖2-3 定位件的類型 2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　用戶只需操作用戶界面,選擇所需的元件類型與參數(shù),系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),驅(qū)動(dòng)繪圖程序,得到所需元件的三維圖形。其功能圖如圖2 所示。 圖2-4 系統(tǒng)功能圖 其中,邏輯支撐程序

28、包括建立Delphi 與solidwords 連接的框架平臺(tái),設(shè)置繪圖環(huán)境,選擇調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄與各個(gè)繪圖程序,基礎(chǔ)應(yīng)用程序主要是利用SolidWorksAPI 函數(shù)進(jìn)行繪圖。 2.4 組合夾具元件的自動(dòng)幾何建模原理 組合夾具元件自動(dòng)幾何建模主要基于三維造型中的尺寸驅(qū)動(dòng)原理。尺寸驅(qū)動(dòng)原理最初是由美國(guó)麻省理工大學(xué) D .C. Gossand 教授在 20 世紀(jì) 70 年代末提出的，已經(jīng)成為一項(xiàng)熱門的研究課題。目前，在國(guó)隨著用戶對(duì)軟件產(chǎn)品的使用要求日益增強(qiáng)，這一新技術(shù)正在逐步發(fā)展成熟。所謂尺寸驅(qū)動(dòng)思想通俗的講指正式圖或徒手勾畫的圖，一經(jīng)標(biāo)注尺寸后，允許任意修改尺寸值，繪圖系統(tǒng)自動(dòng)保持圖形與最

29、新尺寸保持一致的圖形編輯方法。其中，操作對(duì)象是尺寸值，而操作結(jié)果是圖形的變換，這種方法顯然是與傳統(tǒng)的繪圖過(guò)程截然不同的全新思路。尺寸驅(qū)動(dòng)過(guò)程是指在零件幾何特征不變的約束下，把零件的尺寸參數(shù)作為尺寸驅(qū)動(dòng)變量，給定尺寸驅(qū)動(dòng)變量的值，即可生成相應(yīng)參數(shù)的零件的過(guò)程。每一類零件對(duì)應(yīng)一個(gè)零件模板，在模板中定義尺寸變量和變量之間的尺寸約束關(guān)系。目前 SolidWorks 支持尺寸驅(qū)動(dòng)的思想，在繪制圖形的時(shí)候只要修改相應(yīng)的繪圖尺寸，就可以修改圖形。 2.5 組合夾具元件模板建立 所謂模板是具有屬性的，參數(shù)化的，大小可變的三維幾何實(shí)體。這種幾何實(shí)體在有些相關(guān)研究中被稱之為“啞圖”或者“母板” 。組合夾具元件

30、模板即為帶有屬性的，參數(shù)化的組合夾具元件圖形。它可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)幾何建模。元件模板的參數(shù)分為主參數(shù)和輔助參數(shù)。主參數(shù)是指決定元件幾何形狀的關(guān)鍵幾何參數(shù)；輔助參數(shù)是指由主參數(shù)通過(guò)一定的方程式?jīng)Q定的其他幾何參數(shù)。輔助參數(shù)的值可由主參數(shù)的值決定。一般三維 CAD 軟件都提供了對(duì)輔助參數(shù)設(shè)定方程式的功能，在建立組合夾具元件模板時(shí)，可以充分利用這一功能，這樣可以使得建立的模板參數(shù)數(shù)據(jù)冗余最少，可大大減少系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也可提高圖形文件尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)的速度。

31、 第三章 組合夾具元件庫(kù)的建立 3.1 組合夾具元件按品種建模 由于同一品種不同規(guī)格元件,其形狀一樣,只是某些參數(shù)不同,如對(duì)稱槽大長(zhǎng)方支承件,所含的規(guī)格是由高度(H) 變化而來(lái)。按品種建模時(shí),通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù),填寫參數(shù)表,即可自動(dòng)生成不同規(guī)格的元件;同時(shí)為自動(dòng)生成組合夾具裝配圖中要求的組合夾具元件明細(xì)表,在品種屬性中加入自定義屬性并加入用戶元件明細(xì)表模板。下面以對(duì)稱槽大長(zhǎng)方支承為例說(shuō)明品種建模過(guò)程。 圖3-1 對(duì)稱槽大長(zhǎng)方支撐 圖3-2 定義參數(shù) 1) 用SolidWorks 零件模板為元件建模。 2) 定義參數(shù)。由圖4 可看出,該品種的不同規(guī)格由高度

32、(H)變化而來(lái),定義參數(shù)H 。 3) 輸入?yún)?shù)表(見(jiàn)圖4) ,生成該品種不同規(guī)格的組合夾具元件。 表3-1 參數(shù)表 3.2 建立組合夾具元件庫(kù) 新建一組合夾具元件庫(kù)目錄,如d : \ 組合夾具元件庫(kù)。在其下按類建立子目錄,將品種按類存入即可得到組合夾具元件庫(kù)。 3.3 在SolidWorks 界面添加“組合夾具元件”菜單 使用VC + + 6. 0 和SolidWorks 的API 函數(shù)編寫添加菜單的源程序,用Win32 MBCS Debug 編譯,用Add - in 管理器運(yùn)行C ++程序(將編譯出的. dll 文件和和. reg 復(fù)制到SolidWorks 根目錄下) 或應(yīng)

33、用APPS 目錄自動(dòng)載入應(yīng)用程序(在SolidWorks 根目錄下,打開(kāi)或創(chuàng)建APPS 子目錄,將應(yīng)用程序. dll 復(fù)制到該目錄下) 。加入用戶菜單后的SolidWorks 界面如圖所示。 圖3-3　加入用戶菜單后的SolidWorks 界面 3.4 組合夾具構(gòu)件的自動(dòng)建模原理 組合夾具構(gòu)件是指由一定尺寸約束關(guān)系的各個(gè)組合夾具元件組裝而成的,具有一定功能的裝配體。組合夾具構(gòu)件建模是建立在組合夾具元件模型基礎(chǔ)上的,主要利用所包含的組合夾具元件自動(dòng)建模原尺寸參數(shù)約束方程,來(lái)完成構(gòu)件自動(dòng)建模。當(dāng)給定一個(gè)組合夾具構(gòu)件模型,必須定義它的約束方程。否則,就會(huì)造成構(gòu)件中每個(gè)元件之間驅(qū)動(dòng)尺寸參數(shù)沒(méi)

34、有規(guī)則約束,構(gòu)件中元件的類型參數(shù)匹配就會(huì)變得龐大,而且很多參數(shù)類型根本不能生成合理的構(gòu)件圖,成為參數(shù)冗余。相反,約束方程定義越準(zhǔn)確越完備,構(gòu)件中參數(shù)類型匹配結(jié)果就越準(zhǔn)確. 然后,通過(guò)提取定義的完備約束方程式和分析方程式,從組合夾具元件尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)中就可以自動(dòng)查找符合約束方程的尺寸參數(shù)規(guī)格形成構(gòu)件驅(qū)動(dòng)參數(shù)視圖。用編程語(yǔ)言可以調(diào)用SolidWorks AP I來(lái)讀取各個(gè)零件和它們對(duì)應(yīng)的尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù),利用元件參數(shù)化的方法,就可達(dá)到組合夾具構(gòu)件自動(dòng)建模目的. 自動(dòng)建模的原理見(jiàn)圖。 圖3-4　組合夾具構(gòu)件自動(dòng)建模原理圖 第四章 組合夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì) 機(jī)床夾具是機(jī)械加

35、工中的重要工藝裝備，專用組合夾具元件的設(shè)計(jì)是技術(shù)人員的一項(xiàng)主要工作，設(shè)計(jì)機(jī)床專用組合夾具元件時(shí)要頻繁使用各種通用零件，而查找和繪制通用零件需要花費(fèi)很多時(shí)間和精力，若能將夾具的通用零件建庫(kù)，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)只需簡(jiǎn)單的調(diào)用和修改圖形文件，將大大提高夾具設(shè)計(jì)效率。選擇高效建模工具，建立參數(shù)化的夾具通用零件，按其形狀幾何特征分類存入不同的子目錄下成為夾具通用零件庫(kù)構(gòu)建的重要組成部分。參數(shù)驅(qū)動(dòng)是一種新的參數(shù)化方法，其基本特征是直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。因此它具有很好的交互性，用戶可以利用繪圖系統(tǒng)全部的交互功能修改圖形與其屬性，進(jìn)而控制參數(shù)化的過(guò)程。與其他參數(shù)化方法相比較，參數(shù)驅(qū)動(dòng)方法具有簡(jiǎn)單、方便、易開(kāi)發(fā)和使用

36、的特點(diǎn)，使用面廣，二維、三維問(wèn)題均可適用。 4.1用Solidworks對(duì)組合夾具元件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法 目前采用Solidworks平臺(tái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法有兩大類。第一類是采用基于Solidworks軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的方法實(shí)現(xiàn)，即可以采用宏技術(shù)，利用宏通過(guò)部編程操作Solidworks對(duì)象的操作，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。第二類是靈活運(yùn)用Solidworks軟件本身的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。這兩種參數(shù)化設(shè)計(jì)方法各有千秋，軟件二次開(kāi)發(fā)的方法對(duì)零件特征提取的要求相對(duì)較低，軟件功能強(qiáng)大，使用方便，效率高，對(duì)操作者的水平要求不高，但是軟件開(kāi)發(fā)工作量大，軟件修改維護(hù)不便。采用Solidworks軟件本

37、身的功能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)操作者的水平要求較高，對(duì)零件特征提取要求高，使用比較方便，不需要軟件開(kāi)發(fā)，非常便于修改、維護(hù)和擴(kuò)展。由于組合夾具元件的特征參數(shù)和參數(shù)系列比較明確，而且在使用時(shí)經(jīng)常要根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行局部修改，所以本文將基于采用Solidworks軟件的配置技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)組合夾具的參數(shù)化設(shè)計(jì)。 4.2實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本思路 配置是Solidworks軟件的一個(gè)強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)配置的方法之一使用就是通過(guò)壓縮或隱藏特征來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相近或相似的系列零件，并對(duì)它們分別命名，來(lái)快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)；也可以通過(guò)系列零件設(shè)計(jì)表來(lái)控制系列零件的尺寸值，從而生成不同的配置，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，如圖1所示結(jié)構(gòu)相似的

38、正方形基礎(chǔ)板，應(yīng)用Solidworks配置功能，可以通過(guò)系列零件設(shè)計(jì)表來(lái)定義正方形的大小，通過(guò)改變參數(shù)和陣列特征來(lái)控制T形槽的數(shù)量，所以在設(shè)計(jì)時(shí)只需對(duì)圖4-1（a）所示零件一次造型，通過(guò)靈活使用配置功能，不需再次造型就可以實(shí)現(xiàn)圖4-1（b），圖4-1（c）零件的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)圖中所示該組零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。同樣，將所有具有配置屬性的基礎(chǔ)件和定位件一次造型，通過(guò)系列零件設(shè)計(jì)表來(lái)定義各個(gè)零件的不同配置參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)。顯然這種不需再次造型就可改變零件的方法即節(jié)約了時(shí)間又提高了效率。 （a)(b)(c) 圖4-1 正方形基礎(chǔ)板 4.3組合夾具元件參數(shù)化設(shè)計(jì) 組合夾具元件按其

39、用途不同，可分為八大類：基礎(chǔ)件、支撐件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、其他鍵和合件等。每一類又劃分為不同的組，每一組中又包含很多品種。不同品種的元件有相似的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只是尺寸規(guī)格不同，按品種建立模板，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)，即可自動(dòng)生成不同規(guī)格的元件?，F(xiàn)以槽系組合夾具元件中的基礎(chǔ)件——四面槽正方形基礎(chǔ)板為例說(shuō)明組合夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程。 4.3.1實(shí)體結(jié)構(gòu)特征分析與建模 首先對(duì)要?jiǎng)?chuàng)建的實(shí)體進(jìn)行特征分析，再根據(jù)Solidworks實(shí)體建模的特點(diǎn)，確定創(chuàng)建特征的順序與方法，使所建立的實(shí)體特征盡可能簡(jiǎn)單，所要驅(qū)動(dòng)的幾何參數(shù)盡可能少然后利用Solidworks創(chuàng)建特征的功能（拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描

40、、放樣等），按以上分析步驟建立三維實(shí)體模板。如圖4-2所示的四面槽正方形基礎(chǔ)板。 圖4-2 四面槽正方形基礎(chǔ)板 4.3.2零件設(shè)計(jì)尺寸和特征命名 對(duì)于Solidworks設(shè)計(jì)的三維圖形，為了便于識(shí)別和管理系列零件，可以給主要特征和尺寸專門命名。例如在標(biāo)定尺寸時(shí)，用戶可以自己定義尺寸名稱，具體實(shí)現(xiàn)方式是右擊尺寸，在屬性窗口中更改名字，如圖4-3所示。 圖4-3尺寸屬性 4.3.3建立系列零件表 在“Feather Manager”設(shè)計(jì)樹(shù)選項(xiàng)中右擊“注解”文件夾，選擇“顯示特種尺寸”選項(xiàng)，如圖4-4所示。在工具欄中選擇插入——系列零件設(shè)計(jì)表，在系列零件設(shè)計(jì)表中選擇自動(dòng)生成，雙擊

41、需要系列化得尺寸就可生成一個(gè)配置。 (a)（b） 圖4-4 系列零件插入表 如圖4-5所示的系列零件設(shè)計(jì)表，在A3中輸入配置名稱，B3、C3、D3、等欄中輸入不同的參數(shù)數(shù)據(jù)，就可以生成配置1，同理可生成A3、A4、A5等不同的配置，不同的配置就代表系列化零件之一。 圖4-5（b）所示的系列零件設(shè)計(jì)表類似于數(shù)據(jù)庫(kù)中的一表，A3、A4表示實(shí)體B、C、D、E、F等字段表示屬性，零件的不同配置就是表中的記錄。因此通過(guò)配置建立系列零件設(shè)計(jì)表，就相當(dāng)于建立了該零件的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)選取修改增加數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)組合夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。如果元件不同配置的特征稍有差別，還可以壓縮隱藏特征

42、的功能實(shí)現(xiàn)，通過(guò)改變參數(shù)值生成了兩個(gè)配置，零件設(shè)計(jì)表如圖4-5所示。 （a）(b) 圖4-5系列零件設(shè)計(jì)表 4.3.4 系列零件顯示 建立了零件設(shè)計(jì)表后，點(diǎn)擊“Configuration Manager”設(shè)計(jì)樹(shù)，就會(huì)顯示四面槽正方形基礎(chǔ)板的不同配置，如圖4-6所示，在圖4-6所示窗口中雙擊不同的配置名稱可以顯示相應(yīng)配置的零件具體操作結(jié)果。 (a)（b） 圖4-6系列零件設(shè)計(jì)樹(shù) 通過(guò)上述步驟就可以實(shí)現(xiàn)四面槽正方形基礎(chǔ)板以與其他組合夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。 從上述方法可以看出，靈活運(yùn)用Solidworks2006的配置功能，可以很方便的實(shí)現(xiàn)系列組合夾具元件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，而且

43、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、編輯、修改等很容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)人員可以通過(guò)改變某些參數(shù)而不必改變?cè)O(shè)計(jì)的全過(guò)程來(lái)更新設(shè)計(jì)，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)人員的精力、時(shí)間、降低了企業(yè)產(chǎn)品的成本。同時(shí)，所建立的夾具元件庫(kù)對(duì)自動(dòng)化或系列化生產(chǎn)的機(jī)械制造企業(yè)，建立自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造具有實(shí)用參考價(jià)值。 第四章 結(jié)語(yǔ) 本文論述了OLE 自動(dòng)化技術(shù)與其應(yīng)用。建立軟件系統(tǒng)時(shí),利用OLE 自動(dòng)化技術(shù)使用SolidWorks的API 把SolidWorks 連接到應(yīng)用程序,從而對(duì)SolidWor

44、ks 進(jìn)行控制。采用SolidWorks 軟件建立組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù),方便日后對(duì)其修改和更新,工程技術(shù)人員可以通過(guò)變動(dòng)某些約束參數(shù)而不必改動(dòng)元件設(shè)計(jì)的全過(guò)程來(lái)更新設(shè)計(jì)。大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,在實(shí)際工作中有非常廣泛的應(yīng)用前景。 建立了組合夾具元件和構(gòu)件信息模型，包括基本信息、幾何信息、可裝配表面信息和參數(shù)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)四個(gè)方面。重點(diǎn)研究了幾何信息模型的建立，對(duì)組合夾具元件庫(kù)的幾何自動(dòng)建模原理和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并在此基礎(chǔ)上，采用了基于約束方程的組合夾具構(gòu)件自動(dòng)建模方法，實(shí)現(xiàn)了組合夾具元件庫(kù)和構(gòu)件庫(kù)的柔性管理，從而解決了構(gòu)件自動(dòng)建模的難點(diǎn)，為夾具的自動(dòng)裝配和自動(dòng)設(shè)計(jì)

45、奠定了基礎(chǔ)。 在 SolidWorks 上建立了組合夾具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，分析了系統(tǒng)的主要功能模塊和運(yùn)行流程，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，部分完成了基于實(shí)例推理思想的組合夾具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，為以后系統(tǒng)完善打下了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1] 組合夾具廠. 組合夾具組裝與應(yīng)用. :機(jī)械工業(yè),1971 [2] 實(shí)威科技. SolidWorks 2004 原廠培訓(xùn)手冊(cè). :中國(guó)鐵道, 2004 [3] 翟彤. 基于SolidWorks 二次開(kāi)發(fā)的零件參數(shù)化設(shè)計(jì). 工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2007 (3) [4] 殷國(guó)富

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