基于夾具智能設計技術的機床夾具庫的研究與開發

趙利平

【摘要】? ? 夾具設計集技術、決策和經驗于一體的結構設計， 設計通常是基于相似設計或者是系列化設計方法，以此來得到自己想要的設計過程，在本文中結合智能設計技術和設計知識對機床夾具庫實現快速設計，并基于現有夾具設計系統存在的不足，結合夾具智能化設計的特點，實現模塊化和參數化設計，并構建完整的機床夾具庫系統。

【關鍵詞】? ? 夾具智能設計? ? 機床夾具庫? ? 開發

引言：

隨著信息化推進，目前仍有大量的設計資源無法進行系統化和結構化表示，這就導致設計人員在設計新的夾具任務時候直接調用相關的工藝流程和參數，影響到設計效率。目前智能設計方法的出現可以形成以知識為基礎，知識基礎為核心的夾具智能化設計，在該過程中可以通過知識因子進行知識內容關聯，方便機器對設備進行識別，實現工件設計智能化和快速化。

一、夾具智能設計原理

機床夾具設計過程中主要包括數據參數的輸入、設計決策，夾具數據校驗和夾具設計輸出。在設計中信息輸入主要是指零配件的加工工藝參數和加工工藝，設計決策則是對工件定位、夾緊方法以及布局等方面的決策，在校驗過程中要評估定位精準度以及夾緊力，是否符合設計要求，若是不符合就需要對設計進行調整，夾具設計輸出需要對夾具裝配圖、元件圖以及標準間明細表等進行一一核對，按照上述五個基礎操作步驟可以實現智能設計。

二、機床夾具庫開發

2.1模塊化設計

2.1.1模塊的劃分

模塊化設計的思想核心在于按照自上而下的順序對夾具數據庫進行功能分區，這樣既可以呈現出模塊之間的聯系又能體現出不同模塊的獨立性，用戶可以根據實際的需要對其進行快速選擇。在機床夾具數據庫的設計中需要對典型結構或者是零部件進行拆解，后將數據錄入，這樣便于實際設計中根據構件的需要進行模塊的調用、參數的修改以及充足。其次就是對數據誤差進行計算，其包括定位誤差和夾緊力計算，了解不同影響因素對構件設計誤差的影響，這將決定選擇何種模塊類型。

2.1.2模塊的創建

通常模塊的創建沒有統一的標準要求，只是按照不同模塊的功能類型對其進行區分，因而不同類型的模塊在創建過程也有所不同，內容側重和供應側重也存在差異為此需要根據現實需求對起進行合理的劃分，劃分的目的是便于在實際操作中進行設計功能的完成，具體不同模塊的創建規則如下：

1.典型夾具案例模塊。在數據庫中典型夾具的案例主要是包括機常用的夾具類型，無論是在國內還是在國外都有較高的使用頻率，尤其是結構上呈現出不同的復雜度，最常見的包括車床夾具、銑床夾具等，對不同的夾具需要對起按照層級的關系進行細分，最終目的是對不同類型下的子類型進行可參數驅動圖形數據庫的建立。以典型夾具為例，在設計中需要對各個典型案例進行參數模型化， 這就需將各種夾具結構案例中的裝配模型和夾裝動畫等一一實現，在該模塊下，用戶可以根據需要對這些模塊的案例進行調用，根據自己的需要對相關的零件參數、路徑等進行修改，并通過DMU裝夾動畫清晰將夾具結構案例、夾裝過程表現出來，這樣有助于結合項目加工工序求快速實現機床夾具成品設計。

2.標準件模塊。在數據庫標準件模塊下，同樣是囊括了各元件的結構、尺寸以及畫法等，這些均是按照統一規定進行標準化的誰當，由于夾具各元件的功能和作用有所差異，為此需要對其進行分類，如 定位件、導向件以及夾緊件等，這種分類方法可以達到數十種。不同的種類又可以進一步細分，最終按照類型→系→組→標準件的順序進行劃分，因而本文所提到的標準間就是在組別屬下的內容，以為導向件為例，可以細分出三個系即鉆套、鏜套和襯套，在鉆套所在的系別可以細分為兩個組即A型固定鉆套和B型固定鉆套，由此可以知道在設計中需要按照模塊的分類級別對最小子類進行數據庫的創建，這樣方便使用者和設計者對其進行快速的調用。 在標準間模塊下需要搭建完整的圖形庫，在這一過程中需要使用到參數化設計技術，根據現有標準，需要確定個參數的特征，通過參數的設定實現對圖形控制 ，這樣可以按照設計要求來對工件進行標準設計。在對夾具設計過程中需要用戶對標準件進行重組，實現替換，以此來獲取到全新的夾具結構，以此來提升夾具設計效率。

3.非標準件模塊。由于夾具類型并非都是標準也會涉及到的非標準件，如夾具的支架部分、鉆模板等，夾具設計非標準件部分需要收集相關的參數數據，對其進行歸納整理，以圖文的形式建立夾具非標準件圖形的數據庫。在對機床夾具數據庫的建設中，對非標準件模塊也要采用參數化的技術設計形式，按照構件的具體形狀，對其進行建模，這樣可以根據需要將零件的主要結構框架中所涉及到的參數進行提取，并以為單獨的命名方式實現搭建，后通過參數驅動圖形完成整體的修改，后根據用戶現實需求，對相關構件的非標準件部分進行局部參數進行修改，達到最終的設計目的。

4.分析計算模塊。在對機床夾具設計期間需要做好定位和夾緊兩個部分，由于機械加工工序非常復雜，可干擾因素較多，為了避免外界因素影響到產品的加工質量，就需要充分考慮不同因素所引發的誤差程度，常見有工藝系統受熱會引發形變會造誤差;夾具在機場中很容易出現定位誤差;切削、夾緊以及慣性等在對材料進行受力作用的時候會導致材料出現變形或者是位移等;甚至工件基準平面與定位元件支撐面間會出現接觸形變，該工序會造成基準位移，最終導致工件誤差的出現。為此對工件的定位和夾緊，需要在滿足所有要求情況下，考慮工件放置于正確的位置，采用的合適力度的夾緊大小，確保操作過程循序可靠，由于夾具設計在設計要求中會提出誤差范圍，盡可能保證所設計出的夾具在誤差內即可，這表面所生產出的夾具符合設計要求。該過程需要確定的科學的加工工序，其次就是加工過程中的不同工序的誤差累加或者是某項具體的工藝誤差不能大于規定要求的誤差，否則將會視為加工設計不合格;后對夾具進行數據核算，這是因為計算校核標準都是數據化的呈現，計算也是設計的重要步驟和環節，目前在機床夾具設計中所存在的誤差類型有很多，為了滿足應用需要，應當做好對定位誤差和夾緊力的計算與校核。在對機床夾具進行設計中需要做好計算模塊的分析，該過程包括概念、公式以及計算方法，如自動校驗定位誤差，對夾具的夾緊力進行計算等，常見的定位包括平面定位、圓柱孔定位等，不同的工件類型所采用的定位方式也有所不同，為此需要根據設計要求進行確定。同時需要根據不同定位類型再對工件的定位進行細分如平面定位、垂直面定位等。

5.幫助模塊。在幫助模塊的設計中需要將機床夾具數據庫系統的設計進行闡述，其包括設計構想、系統的結構、系統使用流程和功能鍵和常見問題解答等內容的整理，對各個模塊做好功能的劃分。

2.2數據庫開發技術

2.2.1開發工具

1.開發平臺。在機床夾具庫系統中使用CATIA軟件進行平臺開發，其參數化設計可以提供機床夾具庫零件設計、裝配設計以及DMU運動機構分析等功能實現的環境，其次是增加了多種程序接口，可實現與不同平臺進行接口連接，在不同的平臺下實現集成，后使用VB、VC等不同的開發語言實現二次開發。

2. VB與ACCESS。在機床夾具庫系統中是以VB作為語言開發環境，通過程序編寫的方式來建立機床夾具庫可視化人機操作界面，同時Access數據庫軟件可以在方便操作的同時提供更強大的應用功能，為此選用Access數據庫平臺對用戶所需要的數據進行存儲。

2.2.2圖形庫的建立

當前機床夾具庫中的圖形庫需要基于特征參數化技術，實現對專用夾具的設計，建立合適的圖形數據庫，其包括典型結構、標準圖像以及非標準圖形等，以此來搭建機床加工所需要的完整圖形庫。

2.2.3數據庫的建立與操作

1.數據庫的建立。機床夾具數據庫的存儲資料包括結構案例、具體夾具標準尺寸數據、技術要求和各種工藝加工參數等，在數據庫中所需要的數據資料非常多，需要以文件導入數據表的方式可以快速對數據庫進行創建，并且根據需要對不同的數據進行命名，這樣便于使用者進行數據查找。

2.數據庫的操作。常見的機床夾具庫操作過程有兩種類型，即數據輸入和數據輸出，數據的輸入體現在數據庫需要進行構建特征參數的輸入過程的操作界面，在這個界面下需要通過特征參數化的形式對其進行建模;其次是數據輸出，從參數輸入→界面操作→特征參數反饋過程中，需要對新模型進行建立，也要將尺寸標準進行輸出。? ?在Access數據庫系統可以實現對多種類型的接口進行編程，相較于DAO、ADO和RDO等，最容易進行編程的就是ADO接口，同時在數據庫性能相類似的條件下，該接口的運行效率非常好，為此在本文中采用ADO技術實現對機床夾具數據庫進行訪問。

2.2.4程序庫的創建

機床夾具庫數據庫中需要對其建立程序庫，程序庫的作用非常大，需要編寫出操作界面的程序、數據面板的程序、通信程序等，在本次機床夾具庫的設計系統程序庫以CATI技術為主，這樣可以實現與外部程序共享對象，以及滿足如VB、VC等不同接口的腳本語言。將宏腳本進行腳本轉變最終成為VB程序，后對其進行調試，并生成可執行文件，以.exe為后綴，通常情況下，在處理過程中需要對其進行調試，為保證系統可執行的穩定性和安全性，會有部分錯誤信息跳出。若是有錯誤信息跳出后需要分析出具體的出錯段落，將這段字節進行刪除，或者是對其進行修正。

2.3數據庫操作技術

在機床夾具庫的設計中使用到了Access2000進行編寫，按照國家要求標準，需要整理相關的V形塊特征數據，并將國際標準尺寸進行數據庫的錄入，后存放于文檔中，并導入計量管理相關的數據內容，按照類型命名數據庫，方便后續使用，以V形塊為例，創建V形塊特征尺寸的數據庫，找到具體的尺寸：

當=90°時，T=H+0.707D-0.5N。

三、結束語

本文是基于夾具智能技術和機床夾具設計現狀，提出機床夾具庫的總體設計思路，以CATIA作為系統開發平臺，VB語言為開發環境，Access為數據庫提供支持，最終開發出機床專用數據庫，并以V形塊特征為例闡述具體實現過程。

參? 考? 文? 獻

[1]楊奇，鐘繼根，張志旭，任萬發.環境試驗夾具管理數據庫的設計[J].裝備環境工程，2012，9（06）：81-82+127.

[2]黃劍波.三維組合夾具數據庫設計及裝配技術研究[J].電子機械工程，2009，25（04）：41-44.

[3]王雍鈞.組合夾具CAD系統中數據庫的設計[J].石油機械，2006（11）：27-29.

[4]李進春，李雙躍，陳運遂.三維參數化夾具元件庫的數據庫驅動技術研究[J].浙江工業大學學報，2005（05）：588-591.

[5]王華僑，吳國君，張穎，李新洲，王耕耘，王華昌，李志剛.計算機輔助夾具設計CAD系統中的數據庫技術[J].航天制造技術，2004（01）：40-45.