組合夾具設計系統在機械制造工程學課程設計教學中的應用

萬宏強

摘要：針對機床夾具設計中各標準元件需要重新設計的問題，開發了一套組合夾具設計系統。用戶可針對通用機床夾具的設計問題，調用相關的零件，進行模型裝配，也可在原模型的基礎上進行重新設計。該夾具設計系統的使用，為學生的機械制造工程學課程設計從傳統的二維夾具設計向三維變化提供了素材，以適應現代技術的發展，也可為教師課程教學提供新穎的教學模式。

關鍵詞：夾具;模型;三維設計系統;課程設計

0 ?引言

機械制造工程學課程設計是綜合性的關于機械制造工藝方面的實踐教學環節，學生通過此課程設計，能夠綜合運用基本理論以及實踐完成工藝規程編制及機床夾具設計工作，具備運用機械制造技術解決實際工程問題的能力。其中機床夾具設計是核心內容，但學生在進行機床夾具設計時依然通過查閱紙質版的教材、參考資料、手冊及網絡資源等進行設計及計算，這和機械制造的數字化發展現狀相脫節，不能適應現代制造技術的發展[1]。

在機械制造中，隨著產品更新換代的加速，產品的生產批量不斷向小批量、多品種方向發展，傳統的專用夾具設計已進入三維化、數字化階段。組合夾具設計系統是一種組合夾具各種標準元件或多種零件的信息及三維模型存放系統。學生可對元件或裝配體示例進行檢索，提取信息及相關三維模型，供機械設計、制造等工序使用[2-4]。

以SolidWorks等三維繪圖軟件為基礎，構建組合夾具設計系統，可使學生在機械制造工程學課程設計過程中提高設計效率，也可提高設計的標準化程度，培養學生適應現代制造的素質，滿足教學需要。

1 ?組合夾具設計系統設計原則

組合夾具設計系統的要求如下：①具有各類型的標準件;以最新標準為依據，針對結構參數的不同將其詳細分類，分析其結構特征。②具有擴展標準件庫的能力。③具有便于實現與其他系統的集成的功能。④具有易學易用的人機交互界面。⑤具有對應標準件模型供用戶裝配等操作。

2 ?組合夾具設計系統的內容

組合夾具一般有槽系和孔系兩大類型，都有大型（16mm槽，M16孔）、中型（12mm槽，M12孔）和小型（8mm或6mm槽，M8孔）之分。其元件按種類可以具體劃分為9大類，其中基礎件、支承件起支承作用，為基礎部件，定位件、調整件起定位作用，壓緊件、緊固件起夾緊作用，其他件、合件及其組裝工具等起配合作用。其元件的分類互相對應，有利于兩種組合夾具元件互換。

利用Microsoft Access數據庫建立了組合夾具的基礎數據庫的標準數據476類，用AutoCAD完成了組合夾具標準件的工程圖，在三維軟件建立了標準元件。

組合夾具設計系統運行界面（圖1）包括4部分內容：分類、二維示意圖（三維渲染圖）、標準件數據及操作按鈕（二維放大、三維放大、顯示（篩選數據工具）、詳細數據、退出、打開、關于）。

3 ?組合夾具設計系統應用

以車床法蘭盤組合夾具設計為例說明組合夾具設計系統的應用過程。

CA6140臥式車床上的法蘭盤零件的三維模型如圖2所示，內孔與軸承外圈配合，外圓與箱體孔配合。零件材料：HT200;大批大量生產。毛坯三維模型如圖3所示，鑄造成型，內孔Ф31mm。擬定零件的機械加工工藝路線，設計工序中鉆雙孔的孔系組合夾具。

本工序為鉆孔工序，鉆削2個孔到Φ11。根據加工要求，需限定5個自由度，定位方案：①矩形基礎板限定3個自由度，此為第一基準面。②V型塊限定2個自由度。③定位圓環限定1個自由度，共限制6個自由度。定位模型如圖4所示，夾緊裝置如圖5所示，鉆雙孔孔系組合夾具總裝三維模型如圖6所示，夾具爆炸三維模型如圖7所示。

4 ?實物模型搭建

在完成課程設計中機床夾具設計后，使用三維軟件導出工程裝配圖，并按機械制圖要求標注圖紙尺寸及其精度、形位公差、技術要求等其它要素，并進行精度、強度、剛度計算，完善設計結果。

依據三維模型，在實物庫中調取待加工零件及相關夾具元件，完成所設計夾具的實物拼裝，拼裝完成的實物示例如圖8所示。

5 ?結論

該組合夾具設計系統已申請軟件著作權，相關實物由長沙佳訊教學設備有限公司制造。該組合夾具設計系統模型覆蓋了現行國家及行業標準的組合夾具，有相關結構數據、CAD圖形、三維模型，可供學生學習，也可供工程技術人員使用。系統提供了車床法蘭盤、車床輸出軸等不同零件的工藝過程、配套槽系和孔系組合夾具設計模型，編寫了配套的《組合夾具設計系統使用手冊》。組合夾具設計系統性價比高，實物元件可以按套配置，也可以按類型配置。該系統為機床夾具設計教學與實驗提供了一種可行的方案，可在一定程度上提高課程的教學質量，培養學生的實踐能力。

參考文獻：

[1]鄭德星，陽程.機械制造工藝與夾具綜合實踐教學改革與探索[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2012（08）：73-74.

[2]張興權，余曉流，汪永明，單建華，張良安，裴善報.UG三維建模在機床夾具設計教學中的應用[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2011，28（02）：118-120.

[3]盧開斌.基于UG平臺的機床夾具課程設計教學改革[J].時代農機，2019，46（03）：94-95.

[4]宋曉英，胡林嵐，王傳紅，龍青，沈鵬，蔣洪勇.便攜式拼裝夾具模型的創新設計及在教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2017，36（04）：167-170，228.