基于So lidw orks二次開發的組合銑鼓輪兩斜面夾具設計研究

2015-07-27 08:27:24魏先讓唐紅濤浙江三花股份有限公司浙江新昌312500

山東工業技術 2015年15期

魏先讓,丁　康,唐紅濤（浙江三花股份有限公司,浙江　新昌　312500）

魏先讓,丁康,唐紅濤
（浙江三花股份有限公司,浙江新昌312500）

摘要：夾具是制造系統中的重要組成部分，組合夾具具有柔性好、標準化、調整容易等特點，在新產品試制、多品種小批量生產中得到了廣泛的應用。本文針對加工鼓輪兩斜面這一具體要求，提出基于Sol idworks二次開發的夾具設計，設計加工鼓輪兩斜面的組合夾具，并使用SolidWorks進行三維建模，對產品模型進行優化調整。

關鍵詞：組合夾具;Sol idWorks二次開發;鼓輪

1　引言

夾具設計是一個復雜的過程，傳統的夾具設計主要取決于設計者的經驗和技能[1]。隨著計算機輔助技術的發展，研究人員使用計算機輔助夾具設計(CAFD)開發了一種自動化組合夾具設計技術和系統，只需確定工件夾具的定位和夾緊位置，組合夾具設計就變成了一個從數據庫中選擇適當元件并將它們按照期望配置裝配的過程[3]。設計過程中可進行優化設計，避免制造時修改和返工，大大提高了生產效率，降低了勞動強度。另外，對其進行二次開發可以得到組合夾具標準零件庫，建立CAFD系統，便于以后更換零件或加工不同工序時，可調用零件設計新的組合夾具，提高了企業快速響應市場的能力，既節約了大量的時間，又降低了研發成本，增強了企業的市場競爭力。

2　組合夾具整體結構設計

本文主要針對加工鼓輪兩斜面這一工序，零件參數如圖1所示，在加工A、B兩斜面時，鼓輪外圓φ75H 9，內孔φ28H 9和φ75H 9，以及孔φ16H 9都已加工完畢。該零件的技術要求為：加工的斜面中心到鼓輪左端面距離為85mm，斜面寬度為12mm。其中，A斜面與水平面逆時針夾角為51.3°，與經外圓中心且與水平面逆時針成51.3°的平面平行距離為28mm；B斜面與水平面順時針夾角為61.3°，與經外圓中心且與水平面順時針成61.3°的平面平行距離為27mm。兩斜面加工表面粗糙度沒有特殊標記，一般為Ra3.2-6.3，精度要求并不高。零件材料為45鋼，采用端銑銑兩斜面，經粗銑、精銑達到零件兩斜面所需的尺寸要求和表面粗糙度要求。

圖1　鼓輪零件圖

2.1定位裝置設計

為了保證工件被加工表面的技術要求，必須使工件相對刀具和機床處于正確的加工位置。在使用夾具的情況下，就要使機床、刀具、夾具和工件之間保持正確的加工位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個環節。

根據六點定位原理[2]，要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的六個自由度。同時，避免零件的定位出現過定位和欠定位的情況。根據加工斜面與鼓輪左端面距離及位置要求，需限定Y方向和Z方向移動自由度，X方向和Z方向旋轉自由度；根據斜面與過軸心線平面的夾角關系，需限定Y方向旋轉自由度；根據斜面的深度要求，需限定X方向移動自由度。使用面和短銷限定5個自由度，側面支撐釘限定1個自由度，定位方案如下：

（1）左端面限定3個自由度。根據斜面槽與左端面平行的關系，且根據基準重合的原則，應選左端面為定位基準，其可以限定3個自由度，此為第一基準面。

（2）短銷限定2個自由度，側面菱形銷限定1個自由度。

由以上定位方案可知，工件的定位主要使用三個元件，用于平面、內孔的定位。其中，左端面的定位可以選擇圓形定位盤，內孔的定位可以選擇圓形定位銷，側面的定位可以選用菱形定位銷。定位裝置如圖2所示。

圖2　零件定位裝置

2.2夾緊裝置設計

在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產效率[5]。因此，設計夾緊裝置應遵循工件不移動原則、工件不變形原則、工件不振動原則、安全可靠原則、經濟實用原則。

本文的零件為圓柱形的鼓輪，根據其定位方案和結構特征，采用壓板夾緊的方案將鼓輪兩端面夾緊，便可以實現對零件的夾緊。夾緊兩端面時手里方向垂直于主要定位面，有利于工件的準確定位；端面受力面積大，夾緊力作用在零件剛性好的端面，可以減小夾緊裝置對零件的夾緊變形和破壞。壓板裝置中壓板可采用凸輪、螺母、螺釘或拉桿來夾緊。壓板可以用手退回，從工件上轉離，或全部卸去以讓開工件。夾緊裝置設計如圖3所示。

2.3夾具結構總體設計

夾具的定位和夾緊裝置已經確定，將這些元件和裝置連接成一個有機的整體，還需設計夾具的基座和骨架。本文所設計的夾具為組合夾具，在設計夾具結構時，可以采用“堆積木”的方式，主要使用基礎件、支承件、緊固件等構成夾具基本形態。夾具結構設計方案如圖4所示：

圖3　零件夾緊裝置夾具結構設計

圖4　夾具結構方案圖

3　參數化設計系統開發關鍵技術

3.1SolidWorks應用程序接口技術

SolidWorksAPI（ApplicationProgrammingInterface，應用程序開發接口）是指SolidWorks程序提供給開發人員使用的接口，用戶可以利用它和支持OLE編程的開發工具[4]，如VB、VBA(Excel,Access)、C、VC++等對SolidWorks進行二次開發，建立適合用戶需要的、專用的SolidWorks功能模塊。

SolidWorks將其內部數據以對象的形式組織起來，形成一個對象層次結構。SolidWorksAPI通過面向對象思想提供了所有的接口對象，這些對象是采用COM技術構造的。作為一個對象，它包括類型、屬性和方法幾個方面。開發者通過操縱對象的屬性和調用對象的方法便可以建立自己的應用程序，在程序里實現諸如生成直線、構造線、零件裝配等幾乎所有的SolidWorks軟件的功能，實現二次開發。

圖5　SolidWorks的對象層次體系

3.2標準件庫的建立

3.2.1標準件庫規劃

依照圖6依次建立組合夾具元件參數數據庫，其中，每一個零件都有都標準化、系列化，具有一系列規格參數，如表所示的支承件中的一個零件—小長方支承，其規格參數即為長（L）、寬（B）、高（H），這也是參數化過程中需要控制的變量。

圖6　組合夾具元件庫數據庫模塊

3.2.2標準件庫模型建立

利用SolidWorks建立組合夾具零件的三維模型，繪制草圖，添加尺寸約束，添加特征，完成零件的三維建模[6]。這樣，便建立好了夾具標準件庫的元件模板。表1所示為部分零件的三維模型。

表1　部分零件的三維模型

3.2.3標準件庫尺寸驅動

進行參數化設計之前，先要調用模板元件，即調用SolidWorks API對象，如零件、裝配體和工程圖，然后修改API對象屬性，如長度、直徑以及拉伸、切除、旋轉等特征[7]。在零件幾何特征不變的約束下，把零件的尺寸參數視為驅動變量。當給定不同的尺寸變量值時，就可生成一系列結構相同而尺寸不同的相似零件，如表2所示。

表2　不同尺寸下的支承件建模示例

以對稱槽方支承零件的參數化為例，通過VB編程實現零件參數化的具體過程如下：

（1）打開模板零件

strfilename=App.Path & "零件支承件對稱槽方支承.SLDPRT"

‘設置模板元件路徑

Set part=swApp.opendoc4(strfilename,1,0,"",longstatus)

‘打開模板零件

Set part=swApp.activatedoc("對稱槽方支承.sldprt")

‘激活模板零件

（2）聯系API對象屬性

DimHAsDouble‘設置變量

Dim B As Integer

Dim L As Integer

strfilename="@對稱槽方支承.sldprt"

part.Parameter("D 1@草圖1"&strfilename).systemvalue=L/1000

‘聯系到模板零件的具體尺寸

part.Parameter("D 2@草圖1"&strfilename).systemvalue=B/1000

part.Parameter("D 1@凸臺-拉伸1"&strfilename).systemvalue=H/1000

（3）尺寸參數變量賦值

L=Val(Text1.Text)‘變量賦值

B=Val(Text2.Text)

H=Val(Text3.Text)

4　參數化設計系統實例

基于以上關鍵技術，本研究開發了組合夾具設計系統，通過SolidWorks的二次開發，創建組合夾具標準件庫二級菜單，其中，第一級菜單主要內容是夾具元件的種類，如基礎件、定位件等等；在一級菜單的下拉菜單設置二級菜單，二級菜單的主要內容是各類型元件中的具體零件，如基礎件下的長方形基礎板，支承件下的小長方支承、對稱槽支承等，如圖7所示。