基于NX的夾具設計系統的研究與開發

張越強

摘要：夾具設計系統作為CAD系統的重要分支，也隨著經濟的發展，得到了廣泛應用。市場需求使產品的設計周期越來越短，很多設計生產型企業為滿足市場需求，運用新夾具設計方法，使夾具設計質量與生產效率對產品的生產具有重要作用。因此夾具設計系統應運而生。本文主要論述了夾具的概念、組成及分類、夾具的設計步驟、夾具設計系統的構建方法。

關鍵詞：基于NX；夾具設計系統；研究與開發

引言

伴隨世界經濟的迅猛發展，企業之間的競爭越來越激烈，迅速滿足客戶的個性化產品需求，對企業來說變得更加重要。很多企業為滿足客戶的需求，逐漸重視對制造業具有重要作用的夾具設計，夾具設計水平的高低決定了其所加工成品的加工效率與加工質量。對于我國目前的工業化水平，夾具設計周期占產品生產準備周期的很大比例，夾具的設計質量和設計效率對產品設計生產周期具有較大限制性作用，市場的千變萬化使企業對夾具設計和制造的要求不斷提高，良好的夾具設計系統在保證產品質量、高效生產產品、低成本制造產品方面具有促進作用，它方便工人掌握復雜產品或精密產品的加工技術，運用夾具設計系統是使產品以最短時間迅速占領市場的重要措施之一。

1.夾具的概念、組成及分類

夾具是一種機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。夾具的各元件將所運用的刀具、機床及工件組合為一個整體，按照各元件在夾具上作用的不同，可以把夾具元件分成夾緊機構、定位裝置、安裝裝置幾個重要組成部分。夾具可以分為焊接夾具、機床夾具、裝配夾具、熱處理夾具及檢驗夾具。以常見的機床夾具為例子，機床夾具是加工機械產品過程中按照工藝要求，可以在機床上固定及夾緊刀具、工件，方便機械加工的輔助性裝置。夾具能夠使工件根據產品工藝要求做出準確定位，并把產品固定與確定位置，確保工件加工符合設計要求。夾具能夠提升產品生產效率，確保工件定位精度，改善工人的操作條件，擴大機床應用范圍。夾具主要有定位裝置、安裝裝置、夾緊機構、刀具元件及夾具體組成。機床夾具有很多種分類方式：根據其動力源可以分為氣動夾具、手動夾具及液壓夾具；根據其使用特征可以分為專用夾具、普通夾具、組合夾具及可調節夾具；根據運用的機床可以分為磨床夾具、鏜床夾具、銑床夾具、鉆床夾具及車床夾具。

2.夾具的設計步驟

設計夾具第一步要先明確其工藝要求與生產條件，研究與收集有關資料，例如：裝配圖、毛坯圖等，再分析零部件結構特征及作用，歸納工件技術要求，掌握毛坯精度與材料，掌握零件切削用量與工序安排，了解使用機設備性能參數、掌握要運用量具、刀具及對應的用刀方法；第二步要制定結構建設方案，充分做好第一步中的各項準備工作后，需要擬定夾具結構方案，具體要先確定加工對象定位方法，選取用于定位的元件，確定夾具安裝方法與裝夾方案，選定裝夾元件、夾緊裝置，制定裝夾方案與夾緊方法，確定夾具體整體結構；第三步，繪制草圖，具體好繪制夾具總布置圖、確定技術要求及尺寸公差等。

3.夾具設計系統的構建

夾具設計系統的零件庫可以替代大量繁瑣重復的工作，大大降低夾具設計工作量，使設計人員能夠專心研究夾具創新工作，夾具設計系統使夾具的制造、設計及校驗充分結合到一起，突破以往傳統設計制造程序，優化設計方案，快速完成夾具設計工作。夾具設計系統可以分成四個部分，分別是夾具元件的選擇和設計、夾具編碼系統、夾具完成后的處理、夾具組裝。夾具編碼系統運用人機對話窗口將零件信息與夾具信息輸入進去，運用數據處理獲得夾具編碼，進而搜索到對應的夾具。夾具組裝是按照夾具所選擇的元件及夾具組裝規則組裝能夠滿足設計要求的夾具。夾具元件的選擇和設計是用零件族與參數化的方法選取夾具上的其他零部件。夾具處理是把設計好或組裝好的夾具進行夾緊力計算或精度分析，當夾具滿足設計要求后再把夾具或設計模塊放入夾具庫或零件庫中。夾具設計系統設計思路是了解夾具傳統設計法與夾具模塊化設計思路前提下形成的。模塊化設計指把具有特殊功能組件進行規范化，讓它們成為不同模塊，進而在設計夾具過程中可以靈活的組裝，變成夾具的關鍵組成部分。模塊主要有總成模塊、部件模塊和零件模塊三級。每種模塊都有區別與其他模塊的標識代碼。夾具系統中非常重要的組成部分之一是分類編碼系統，編碼系統是夾具設計規范化的關鍵技術手段，它在工廠設計、制造管理編碼技術方面具有重要意義。本文所講的編碼方法是根據子類別碼、類別碼及參數碼劃分的。設計夾具所耗用的總時間里，標準件設計會占用很大一部分，所以要快速完成夾具設計工作，一定要構建夾具標準件庫。零件庫通常都是根據國家標準而建立的，零件畫法、結構、標記及尺寸都要根據國家標準進行繪制。建立夾具零件庫要全面考慮現代夾具設計的標準件庫要求，運用NX軟件的建模方案構建夾具標準件。構建標準件的常用方法主要有表達式的電子表格法、用戶定義向導、宏技術建立零件庫。信息知識庫能夠代替夾具設計要運用的工具手冊，并獲得一些新的夾具設計經驗，知識信息庫通常有知識庫與信息庫兩部分。知識庫就是設計夾具過程中要用到的各類手冊，信息苦苦庫就像是設計夾具總結的經驗。知識信息庫能夠滿足夾具設計對信息與知識的需求。夾具設計子系統由知識信息庫與夾具零件庫組成。子系統中所含有的各庫具有緊密練習，該系統主要是把夾具設計和知識信息緊密聯系到一起，給操作者設計夾具提供指導。具體要先分析工藝要求與零件圖紙，然后結合信息知識庫中的信息選取定位元件、定位方式，在確定夾緊處的夾緊機構，最后選取元件庫的元件。

4.系統功能的研究與實現

系統運用當下比較流行的NX軟件作為開發基礎，運用NX的CAE、CAM部分構建了夾具校驗子系統，運用NX的三維建模方法建立三維夾具庫、全息零件庫，系統開發中運用了NX 的二次開發工具使開發出的操作界面與 NX 傳統界面一致，系統開發過程中運用了微軟的VC++等軟件、ACCESS 桌面數據庫，采用OPEN/UG和特征建模結合的辦法構建標準件庫。ACCESS 桌面數據庫具有完備的數據庫管理功能，可以有效組織數據，管理用戶，并進行安全檢查。與此同時，夾具信息知識庫給設計者提供有效的知識信息和豐富的設計經驗，給夾具可靠、高效的設計提供支持。因為夾具設計系統大量的運用成熟技術，所以，大大地縮短了系統的開發周期。

5.結束語

夾具是一種特殊產品，夾具的設計、生產和安裝均需要設計人員具有豐富知識、較高的設計技巧。隨著經濟的飛速發展，未來的夾具設計系統會向系列化、精密化、高效化方向發展，如何快速設計夾具設計系統已經成為夾具設計新的研究方向，本文基于NX的夾具設計正是這種方向的體現。

參考文獻：

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