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资源目录 1339-基于SolidWorks的支座工艺及组合夹具设计任务书等论文solidwork支座夹具autocadautocad加工工序一卡片A3.dwg加工工序七卡片A3.dwg加工工序三卡片A3.dwg加工工序二卡片A3.dwg加工工序五卡片A3.dwg加工工序六卡片A3.dwg加工工序四卡片A3.dwg夹具3.DWG夹具一.DWG导向1.DWG推台.DWG支座毛坯.DWG支座零件.DWG机械加工工艺过程卡片A3.dwg装夹.DWGsw建模图GB_FASTENER_BOLT_HHBC M30X120-C.SLDPRTGB_FASTENER_NUT_SNC1 M20-N.SLDPRTGB_FASTENER_WASHER_SMWC 1.6.SLDPRTGB_FASTENER_WASHER_SMWC 20.SLDPRTGB_FASTENER_WASHER_SMWC 24.SLDPRT夹具2.SLDPRT夹具3.SLDDRW夹具3.SLDPRT夹具4.SLDPRT夹具5.SLDPRT夹具6.SLDPRT夹具7.SLDPRT夹具NEW_1.SLDPRT夹具一.SLDDRW夹具一.SLDPRT导向1.SLDDRW导向1.SLDPRT导向2.SLDPRT推台.SLDDRW推台.SLDPRT支座毛坯.SLDDRW支座毛坯.SLDPRT支座零件.SLDDRW支座零件.SLDPRT立柱.SLDPRT装夹.SLDASM装夹.SLDDRW装夹_NEW.SLDASM装配体1.SLDASM零件2.SLDPRT~$GB_FASTENER_WASHER_SMWC 24.SLDPRT~$夹具4.SLDPRT~$夹具NEW_1.SLDPRT截图%L4SK[BG(VZAQ(M0FZ)M4_F.jpg(@D[{ZABI@R()PB2@(W`A51.jpg([AXFXFX9@S206QS{JEPQSF.jpg)C763)UP8C2PI~~VI_{0@~M.jpg)CR59D5DI`J80U3C23G_JRS.jpg0JJ[57GS34S)6)`D{$(BK2A.jpg1J8IKK8O9]HZCTXVD38}N0R.jpg2}JIO1F)3S6VY7X8F]E]5NB.jpg8Z1~C3$_WDP%9YJ7ZL2$QKX.jpg9L]{}L_2NIP)J4QQ)8SN[BB.jpgAUP02MYB}](VK6_M%OOSJ%Q.jpgAWFJ8Q{8`EJP]DJEKYK50Z2.jpgB8_N`FUN9H)(STRMEIFK15Q.jpgBS%KXD__O{]05NUV2DNJQ1A.jpgDH7A@$ZEEAYF7HC99R`7{0L.jpgE(]55MDKO50OF@3S7R34DZF.jpgF2OK]]O5}WGFE5137]9Q(D4.jpgFF9W6]6CR(Y7B(M93{W]B8F.jpgKWCTW}]HJY@89BIXO09LCPX.jpgLTTNE~J)V{86E6OH5DAS}68.jpgMPZYBBV~2@`5$L9L}1C7[JQ.jpgO377WB}IX`C1SYD1YXODVBJ.jpgOF8HAV]CXE1SHYMZ79O]P)U.jpgONMY_(@HY$]%CJ10M~{G]TT.jpgV9VFJT}I_}_6U{T%X$S}2JR.jpgVARUJ7T6E`_H4$6SD5K225V.jpgV{[C%R7{B_3V21N6(`~VI9K.jpgV}JY~)AD%7O}AW}~U679QGN.jpgXLC57GKXQW5AU27Y[QJPL4T.jpgXVZ05XQP}]R0W5DM9LJE)(5.jpgY75E``YOO7]EU}Z3BQDMDPO.jpgZF{[S8)5D}%Y[9FDI8@E376.jpg[%`E%I08{KN1S1$E4LIN$(0.jpg[6G~]QD8YLG4YCVZLSFOLFA.jpg_(E$8TT7UO7{F$U4[MIRTLJ.jpg{{H2FZVYL0%F1${Z)AI$B(J.jpg
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关&键&词： 基于 solidworks 支座 工艺 组合 夹具 设计
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基于SolidWorks组合夹具设计说明书
(镐京学院西安校区)毕 业 论 文题目：基于 Solid Works 组合夹具 CAD 的研究学 学生： 号：高原2808227 机电工程学院院 （系） ： 专业：机械设计制造及自动化 张 斌指导教师：2012 年 6 月 5 日
I基于 Solid Works 组合夹具 CAD 的研究摘 要随着数控机床的广泛应用，组合夹具在企业中应用越来越广泛。组合夹具设计效率 和设计质量对产品的上市时间和质量的影响越来越大， 同时企业在长期的组合夹具设计 过程中积累了丰富的设计经验， 迫切需要一种高效可行的方法来重复利用这些已有的设 计经验以提高组合夹具设计的质量和效率。本文针对本课题所提出的一些基本要求，对 组合夹具 CAD 做出了有力的探索.对基于 CAD Solid Works 软件的组合夹具参数化设计， 基于成组技术的组合夹具管理系统的建立以及通过 Solid Works 软件实现组合夹具的组 装做了详细的讨论和研究。 关键词：组合夹具 CAD，Solid Works，参数化设计IIModular fixture CAD Research Based on Solid WorksABSTRACTAlong with the comprehensive application of the numerical control machine tools,modular fixtures are more and more adopted by manufacturing corporations.Thus,the efficiency and quality of modular fixture design plays a more and more important role in improving product quality and shorten its time coming into market.Meanwhile,manufacturing corporations have accumulated abundant fixture designexperiences in the long time of practice, and an available and effective method is needed urgently to be established by using the valuable knowledge in order to improve modular fixture designing level.This article has made the powerful exploration to modular fixtures CAD in connection with some essential requirements which proposed in view of this topic. In the area of modular fixtures parameterization design based on Solid Works software&#39;s, modular fixtures management system&#39;s establishment based on Group Technology and implementation of the modular fixtures’s assembly, this article has made the detailed discussion and the research KEY WORDS: modular fixtures CAD, Solid Works, parameterization designIII目 录摘 要 ??????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????I ?????????????????????????????????????????????? ABSTRACT ??????????????????????????????????????????II ?????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????? 1 绪论 ?????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????? 1 ????????????????????????????????????????????? 1.1 夹具 ??????????????????????????????????????????1 ?????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????? 1.1.1 夹具的一般概念 ???????????????????????????????? 1 ???????????????????????????????? ???????????????????????????????? 1.1.2 夹具设计的基本要求 ?????????????????????????????? ????????????????????????????? 2 ????????????????????????????? 1.1.3 机床夹具的分类 ???????????????????????????????? 2 ???????????????????????????????? ???????????????????????????????? 1.1.4 柔性夹具 ???????????????????????????????????? 3 ???????????????????????????????????? ???????????????????????????????????? 1.1.5 组合夹具 ???????????????????????????????????? 3 ???????????????????????????????????? ???????????????????????????????????? 1.2 课题的来源及意义 ?????????????????????????????????? 5 ?????????????????????????????????? ?????????????????????????????????? 1.2.1 课题背景及主要内容 ?????????????????????????????? ????????????????????????????? 5 ????????????????????????????? 1.2.2 国内外对组合夹具 CAD 的研究 ??????????????????????? 6 ??????????????????????? ??????????????????????? 1.2.3 课题的意义 ???????????????????????????????????8 ??????????????????????????????????? ?????????????????????????????????? 2 组合夹具元件库的建立 ?????????????????????????????????? 10 ?????????????????????????????????? ?????????????????????????????????? 2.1 引言 ?????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????? 10 ????????????????????????????????????????? 2.2 三维建模技术概述………………...………………………...……………...……….10 2.2.1 特 征 技 术 概 要 ……………………………………………………………..10 2.2.2 参数化建模…………………………………………………………….….…11 2.2.3 变量化造型理论.............................................................................................11 2.2.4 实体建模……………………………………………………………….….…11 2.3 组合夹具元件几何建模常用方法 ?????????????????????????? ????????????????????????? 12 ????????????????????????? 2.4 组合夹具元件几何建模的关键技术 ???????????????????????? 13 ??????????????????????? ??????????????????????? 2.4.1 组合夹具元件的自动几何建模原理 ?????????????????????13 ????????????????????? ???????????????????? 2.4.2 基于 Solidworks 配置技术的组合夹具参数化设计 ???????????? 14 ???????????? ???????????? 2.4.3 基于特征的夹具元件库的建立 ???????????????????????? ??????????????????????? 16 ??????????????????????? 2.4.4 建立组合夹具元件库模板 ?????????????????????????? 17 ?????????????????????????? ?????????????????????????? 2.5 通过 VB 接口的 SolidWorks API 简介 ??????????????????????? ?????????????????????? 19 ?????????????????????? 2.6 组合夹具元件信息模型 ???????????????????????????????20 ??????????????????????????????? ?????????????????????????????? 3 基于成组技术的组合夹具管理系统 ???????????????????????????? ??????????????????????????? 22 ??????????????????????????? 3.1 成组技术简介 ???????????????????????????????????? 22 ???????????????????????????????????? ???????????????????????????????????? 3.2 组合夹具管理系统的基本结构 ???????????????????????????23 ??????????????????????????? ?????????????????????????? 3.2.1 组合夹具数据库 ???????????????????????????????? ??????????????????????????????? 23 ???????????????????????????????IV3.2.2 组合夹具参数库 ???????????????????????????????? ??????????????????????????????? 25 ??????????????????????????????? 3.2.3 加工车间人员信息库结构 ?????????????????????????? 26 ?????????????????????????? ?????????????????????????? 3.2.4 借用 ?????????????????????????????????????? 26 ?????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????? 3.2.5 维护系统 ???????????????????????????????????? ??????????????????????????????????? 27 ??????????????????????????????????? 3.3 组合夹具管理系统在 SolidWorks 上运行 ????????????????????? 28 ????????????????????? ????????????????????? 3.3.1 宏程序 ?????????????????????????????????????28 ????????????????????????????????????? ???????????????????????????????????? 3.3.2 文件的存入和具管理加入 ?????????????????????????? 28 ?????????????????????????? ?????????????????????????? 3.4 结论 ?????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????? 28 ????????????????????????????????????????? 4 组合夹具的装配与设计 ?????????????????????????????????? 29 ?????????????????????????????????? ?????????????????????????????????? 4.1 引言 ?????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????? 29 ????????????????????????????????????????? 4.2 组合夹具的设计过程 ???????????????????????????????? 29 ???????????????????????????????? ???????????????????????????????? 4.3 工件定位方法和组合夹具元件种类选择 ?????????????????????? ????????????????????? 30 ????????????????????? 4.3.1 定位基准的选择原则 ?????????????????????????????30 ????????????????????????????? ???????????????????????????? 4.3.2 定位方法及夹具元件种类选择 ???????????????????????? ??????????????????????? 31 ??????????????????????? 4.4 夹紧结构 ???????????????????????????????????????33 ??????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????? 4.5 通过 SolidWorks 软件组合夹具元件装配操作方法 ???????????????? 35 ???????????????? ???????????????? 4.5.1 向装配图中添加和删除零件 ?????????????????????????35 ????????????????????????? ???????????????????????? 4.5.2 零件在装配图中的定位 ????????????????????????????36 ???????????????????????????? ??????????????????????????? 4.5.3 SolidWorks 装配设计方法 ??????????????????????????? ?????????????????????????? 37 ?????????????????????????? 4.5.4 SolidWorks 零件装配方法 ??????????????????????????? ?????????????????????????? 37 ?????????????????????????? 4.5.5 替换装配图中零件 ?????????????????????????????? 39 ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? 4.5.6 炸开图操作 ?????????????????????????????????? 39 ?????????????????????????????????? ?????????????????????????????????? 4.5.7 自定义视角 ?????????????????????????????????? 40 ?????????????????????????????????? ?????????????????????????????????? 4.6 制作装配图 ?????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????? 41 ????????????????????????????????????? 4.6.1 自动生成工程图 ???????????????????????????????? ??????????????????????????????? 41 ??????????????????????????????? 4.6.2 制作自己的工程图 ?????????????????????????????? 41 ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? 4.6.3 制作装配视图 ?????????????????????????????????41 ????????????????????????????????? ???????????????????????????????? 4.7 组合夹具组装实例 ?????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 43 ????????????????????????????????? 4.7.1 生成立体装配图 ???????????????????????????????? ??????????????????????????????? 44 ??????????????????????????????? 4.7.2 生成组合夹具装配图 ?????????????????????????????45 ????????????????????????????? ???????????????????????????? 4.7.3 向组合夹具管理数据库添加新组合夹具信息???????????????? ??????????????? 45 ??????????????? 4.7.4 组合夹具实例存储策略 ???????????????????????????? ??????????????????????????? 45 ??????????????????????????? 5 SolidWorks 软件在夹具设计中的应用 ??????????????????????????? ?????????????????????????? 47 ?????????????????????????? 5.1 极好的关联性 ???????????????????????????????????? 47 ???????????????????????????????????? ???????????????????????????????????? 5.2 强大的标准件库 ???????????????????????????????????48 ??????????????????????????????????? ??????????????????????????????????V5.3 良好的可重复使用性 ???????????????????????????????? 48 ???????????????????????????????? ???????????????????????????????? 5.4 方便的输出工程图 ?????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 49 ????????????????????????????????? 6 结 论 ???????????????????????????????????????????? 51 ???????????????????????????????????????????? ???????????????????????????????????????????? 致 谢 ?????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????? 52 ????????????????????????????????????????????? 参 考 文 献 ?????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????? 53 ?????????????????????????????????????????
基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究11 绪论夹具，尤其是机床夹具，在机械制造业中应用很广。由机床夹具和机床、刀具、 工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工 过程中保持它们之间的正确相对位置。 随着制造业的发展， 对产品的要求越来越个性化， 使得产品更新换代周期越来越短，多品种小批量已成为当今制造业的主流。 组合夹具是由各种标准化功能元件组成的积木式夹具。组合夹具以柔性好、组装时 间快、可重新组装和局部调整等特点在新产品试制、多品种小批量轮番生产特别是数控 加工中得到了广泛的应用成批生产中代替专用夹具率达 30%左右，也有高达 50%的，大 批生产也在工具、机修和试制车间中得到使用。使用组合夹具可节约夹具设计制造工时 和材料（相对专用夹具），提高劳动生产率（相对钳工划线加工），缩短生产准备周期 80%以上；保证产品质量，解决技术关键；生产中时常由于夹具设计制造不良，造成加 工零件的报废，组合夹具因其可以重新组装和局部调整，即使出现上述报废的情况，也 完全可以补救；另外可以解决中小型企业因技术力量薄弱，工艺装备的设计生产能力不 足的问题，提高企业的工艺装备系数。 当前，一个以微电子技术为标志的新的工业革命浪潮正在席卷全球，产品加速更新 换代，国内外机电产品竞争空前激烈；为了迅速“上品种，上质量，上水平，和提高经 济效益”，组合夹具在制造业中发挥着重要的作用。从国际上生产技术发展趋势来看， 数控技术（NC），柔性制造系统(FMS)，计算机集成生产(CIM)将日益成为常用的生产方 式，而组合夹具恰恰正是适合这类生产的柔性工艺装备。此外，组合夹具技术还逾越出 机床夹具这一范畴， 而渗透到各种工艺过程中， 形成了组合工艺装备这一新概念， 例如， 组合冲模，组合量仪等，正处于蓬勃发展之中，业已成为机械制造业中工艺装备的主要 发展方向之一。与之相适应的 NC 机床也得到了迅速发展。组合夹具以其柔性好、组装 时间快和可重复使用等特点在数控加工中得到了广泛应用， 所以对夹具特别是组合夹具 的计算机辅助设计的研究显得尤为重要。 组合夹具计算机辅助设计系统的产生使组合夹具实现了虚拟拼装， 克服了人工组装 造成的速度慢等特点，达到提高生产效率、减轻劳动强度的目的。本文基于 Solid Works 实现了组合夹具构件库建模，组合夹具管理，以及组合夹具的装配。1.1 夹具1.1.1 夹具的一般概念 夹具广泛用于各种制造工序中，用以将工件定位并牢固地夹持在一定的位置，以便 按照产品设计规定完成要求的制造过程。为了将工件可靠定位，经常用定位件和支承件陕西科技大学毕业论文（设计说明书）2与工件表面相接触，以限制工件包括移动和旋转在内的六个自由度，用夹紧来抵消切削 力，以保证工件牢固定位。传统夹具以专用夹具为代表主要有四种功能：定位、夹紧、 导向和对刀。 1.1.2 夹具设计的基本要求 对夹具的基本要求就是将工件定位并牢固地夹持在一定的位置， 并在机床工作上有 一定的方位。其次还有满足其它要求，如保证夹具的生产率(如容易装卸工件，采用半 自动或自动夹紧装置，容易排除切屑等)，操作简单并安全(如对贵重工件采用防误功能 的元件)，减少薄壁件变形的专门设计，有所降低成本(优先选用标准元件，及夹具材料 选用和制造工艺拟定)等。因此夹具设计是一个复杂的过程。在手工夹具设计中，取决 了夹具设计者对这些基本原理的应用和工作经验， 从夹具设计人员的经验中收集和表达 这些知识是夹具 CAD 系统中的关键之一。 生产批量大小通常是取决于装夹方法和夹具结构的重要因素， 大量生产中特别强调 高效装夹，以提高生产率和经济效益，所以广泛使用专用夹具，多采用能快速装卸工件 和自动夹紧的装置，对推动制造系统的自动化作出很大贡献。存在的主要问题是缺乏柔 性和需要很长的设计制造周期，一旦修改产品设计，有关的专用夹具就不能再使用而报 废。面对今天的大批量生产工业，其某些部件结构(形状和尺寸)的多样化，需要在一定 范围具有一定柔性的夹具。 1.1.3 机床夹具的分类 单件小批生产，因为要制造几何形状和加工要求多种多样的零件，夹具的柔性就变 得十分重要，需要设计制造时间短而同时又更经济的夹具。常采用通用夹具，可调整夹 具和组合夹具等。 随着的计算机辅助设计制造技术(CAD/CAM)发展，制造业愈来愈多的使用计算机 数控(CNC )机床和加工中心，组成柔性制造单元(FMC).使用 CNC 机床，产品修改设 计时，只要变更 NC 程序加工工艺就能随之变化。而 NC 程序借助计算机 CAM 系统花一天 或数个小时就能完成修改，刀具是高度标准化的可随时从市场购买。如果使用通用夹具 或不使用柔性夹具，FMS 就不能实现真正柔性，所以在 FMS 和 CIMS 中迫切需要柔性 夹具。CNC 机床具有很大柔性和高度自动化，所的传统夹具的 4 种功能，即定位、夹紧、 定向和对刀，由 NC 系统的准确控制和精密机床传动中小磨合和零间隙的实际，以及利 用传统转塔车床工艺中钻孔方法，不用导向钻套也可取得较高的位置精度。此外，编程 可以决定刀具的正确位置，而且加工中心还具备触头和测量功能，铣刀对刀轻而易举地 得到解决。其次，一次安装下的多工步加工，不同加工部位之间的尺寸公差和位置误差 都由机床替夹具保证。所以，CNC 机床上使用的夹具只需具备定位和夹紧两种类，有 利于夹具 CAD 系统实现。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究31.1.4 柔性夹具 一般来说，柔性夹具指用夹具系统装夹定位在形状与尺寸上有所变化的多种工件。 工件变化可在小范围，即在形状和尺寸变化不大的范围；也可大范围，即零件形状完全 不同，尺寸变化也很大，所以柔性概念是模糊的。笼统的说，就指与 NC 机床加工中心 配合使用的，具有加工多种不同工件能力的夹具。 自 20 世纪 80 年代后， 柔性夹具研究开发主要是原理和结构均有创新和传统夹具创 新两大方向发展，表 1―1 为现代柔性夹具的工作原理和分类简表。表中原理和结构均 有创新柔性夹具如:相变和伪相变式，适应性夹具，模块化程度控制式，仿生抓夹式等 正处于研究阶段，有许多问题尚待解决。如相变升降温引起工件热变形对精度的影响， 伪相变材料夹紧力不大，适应性夹具适应范围小，模块化程序控制式夹具结构太复杂， 成本过高，而柔性有限，不容易在生产中普及。因此，到目前为止，尚没有找到结构上、 经济上、实用性能与传统夹具中柔性的一些夹具相匹敌的新型夹具。 传统夹具创新有可调整夹具和组合夹具。 可调整夹具由于现代生产己经由按库存生 产改成按定单生产，和产品种类市场需求的不确定性，不容易组织成组生产，而是可调 整钻模的应用日益减少，因而可调整夹具的应用受到限制，组合夹具利用孔系和槽系相 结合，其柔性更好，成为现代柔性夹具的主流。表 1―1 柔性夹具原理方法及分类表 分 类 组合夹具 可调整夹具 柔性工作原理 标准元件的机械装配 在通用或专用夹具基础上更 换元件和调整元件位置 模块化程序 控制式夹具 用伺服控制机构 变动元件的位置 将定位元件或夹紧元件 适应性夹具 分解成更小的元素 以适应工件的连续变化 相变材料夹具 材料物理性质的变化 真相变材料夹具 伪相变材料流态床夹具 仿生抓夹式夹具 形状记忆合金 机器人终端器夹具 双转台回转式 可移动拇指式 涡轮叶片式 弯曲长轴式 种 类槽系、孔系 通用、专用1.1.5 组合夹具 此类夹具也正是本文主要研究的对象。 在长期的生产实践中，人们对可调整夹具、成组夹具进行了分析和总结，从而产生 了将所有夹具元件都变成可调换的标准件，按搭积木的方法组成各种夹具的设想。机械陕西科技大学毕业论文（设计说明书）4制造业和修理业使用的夹具，从专用到通用化、标准化方向发展，逐步形成了现在的组 合夹具。 组合夹具由一套预先准备好的各种不同形状，不同规格尺寸的标准元件与合件组 成，可根据工件形状和工序要求装配成各种所需要的机床夹具（这个装配过程称为组 装） 。组合夹具根据标准化、模块化的原理，在夹具和组件完全标准化的基础上，由一 套预先制造好的标准元件和合件，针对不同元件组合和装配成各种专用夹具。一旦使用 完毕后，可将夹具再拆散成元件和合件，如此不断重复使用，可用于试制、单件小批生 产、也可用于成批生产。在夹具用完之后，将夹具拆开，经过清洗、油封后存放起来， 需要时再重新组装成其他夹具。 它具有精度高、 组装快、节省投资、和灵活多变的特点。 由于组合夹具适用性强，容易掌握，从而适应了产品更新换代的要求。一次性投资于组 合夹具，其元件能够长期使用，并能确保产品的加工质量和经济效益，因此，在国内外 各工业部门中迅速得到推广和应用。 由此可见，组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想，又符 合节约资源的原则，更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要 发展方向。 组合夹具的元件按用途的不同分为八大类，即：基础支撑件、定位件、导向件、压 紧件、紧固件、其他件和合件。 组合夹具按尺寸大小分为三个系列，以 T 型槽的宽度为标准进行划分，槽宽 8 毫米 为小型，槽宽 12 毫米为中型槽宽 16 毫米为大型，一般每套组合夹具包括 2000 件左右 的元件，可以同时组装 150-200 套夹具。 组合夹具的元件可多次重复使用。元件是由优质钢、工具钢（如 12CrNi3A 、8CrNiTi、T8A、T12A 等）制成，并经热处理保证一定硬度要求。各元件工件表面一 般均按二级精度制造，钻模板和镗孔支撑的孔为一级精度，基础件上个表面的垂直度和 平行度偏差不大于 0.01/100 毫米，大部分元件的工作表面的光洁度为8～10. 由此可见，组合夹具的组装如同搭“积木”一样它与专用夹具比较，除了 在元件的结构、材料、技术要求等方面的差别外，在装配方面还有如下特点： ⑴组合夹具中各个固定元件之间用定位键定位并由螺钉紧固， 根据元件的大小和对夹具 刚度的要求， 组装时可取用二个、 三个甚至更多的键定位。 而专用夹具是用定位销定位、 螺钉压紧，定位销的量一般为两个。 ⑵组装组合夹具时，各定位元件之间以及定位元件与导向元件之间的位置由测量、调整 的方法保证， 而在专用夹具中， 一般是由精密加工的零件直接保证， 在装配过程中检验、 调整的工作量要的多。 ⑶组合夹具中每个钻模板只能安装一个钻套， 因而对孔距较近和孔数较多的工件须分别 用几套夹具进行加工，或者专门制造特殊的钻模板。 ⑷组合夹具的元件可以多用途，反复使用、灵活多变。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究5a.组合夹具的适用范围表 1―2 各系列组合夹具的使用范围 组合夹具 元件系列 6mm 系列 8mm 系列 12mm 系列 16mm 系列 ×500 500× 中型零件 大型零件 可加工的工件 最大轮廓尺寸（mm） 500×250×250 仪表制造行业的小型零件 主要用途(1)生产类型:最适合品种多、产品变化快、新产品试制和小批量的轮番生产。成批 生产中代替专用夹具率可达 30%左右，也有高达 50%的。大批生产也可在工具、机修和 试制车间中使用组合夹具。 (2)设备和工艺方法:各类机床、数控机床、焊接、装配和检验夹具及模拟试验机。 其中以车床和钻床夹具最多。 (3)加工工件的位置精度:组合夹具元件精度一般为 IT6――7 级， 工件的位置精度一 般可达工 T8---9 级，通过精选元件和精心调整，也可达到工 T6――7 级的精度。 (4)各系列组合夹具的适用范围:见表 1―2。但通过熟练的组装技术，可用小尺寸系 列的元件组装加工更大尺寸的组合夹具； 通过过渡元件可把不同系列的组合夹具元件共 同组装在一套组合夹具上，以减轻组合夹具尺寸和重量。 b.组合夹具的经济效果 (1)节约夹具设计制造工时和材料(相对专用夹具)，提高劳动生产率(相对钳工划线 加工)。 (2)提高中小型企业的工艺装备系数:中小型企业技术力量较薄弱，工艺装备的设计 生产能力不足。 (3)缩短生产准备周期:缩短 80%以上。 (4)保证产品质量，解决技术关键。生产中时常由于夹具设计制造不良，造成加工零 件的报废。组合夹具具有可以重新组装和局部调整的特点，即使出现上述的报废情况， 也完全可以补救。1.2 课题的来源及意义1.2.1 课题背景及主要内容 随着制造业中越来越多计算机数控系统机床和加工中心的使用， 产品的开发更趋向 于广泛的多品种和小批量。由于产品的生产周期越来越短，制造厂商更加意识到以数控 机床为基础的现代柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元（FMC）,需要一种性能可靠、陕西科技大学毕业论文（设计说明书）6装配时间短和灵活快速的夹具，并最终实现自动组装。因此，作为柔性夹具的组合夹具 在机械制造的各个行业中逐步获得推广和广泛应用，一跃成为当代柔性夹具的主流。为 此本文提出基于 Solid Works 软件，研究开发出一套组合夹具 CAD 系统。主要的工作是 建立组合夹具元件库，组合夹具查询管理系统，组合夹具的装配与设计，SolidWorks 软件在其设计中的应用。 课题的主要内容： a.组合夹具元件库的建立,通过分析某品种组合夹具元件结构，确定结构参数，利 用 excel 建立参数表，自动生成不同的规格。实际应用中可根据购买的元件规格增加相 应参数即可添加新元件库。 b.利用成组技术，按零件定位，夹紧方式对组合夹具进行分类，简单了解组合夹具 管理数据库。 c.建立了统一的组合夹具对象装配模型，创建了组合夹具对象装配规则，引入了组 合夹具分层次装配策略和有效路径装配策略。 d.在对组合夹具实例结构分析的基础上，采用了基于典型实例的组合夹具设计方 法。 e. 基于 Solid Works 软件在其设计中的应用及其所达到的效果。 1.2.2 国内外对组合夹具 CAD 的研究 传统的组合夹具人工组装设计存在着工人劳动强度大、设计周期长等种种弊端。 随着工业生产中数控机床和加工中心的更广泛应用，以及 CAD、CAM 等集成系统的发展， 此问题就变得日益严峻，因此组合夹具计算机辅助设计的研究就成了时代的需要。国内 外的研究大致可以分为两个阶段： （1） 完全人机交互式组装系统的研究与开发阶段。 （2） 将人工智能引入组装系统的阶段。 因这两个阶段在时间上有很大的交叉性，故分别从国内外的研究历程来分析一下。 近十几年国内对夹具 CAD 系统的开发：20 世纪 80 年代中期，中国航空技术进出口 公司应欧洲客户要求。设计了一套二维计算机组装软件，揭开了我国开发夹具 CAD 系统 的帷幕。从 20 世纪 80 年代中期开始，我国先后有十余所高校对组合夹具 CAD 系统做了 探索，以下是北京机械工业学院研究开发的几个系统：①BMFCAD1.0 槽系组合夹具 CAD。 用于加工中心上 M12 槽系组合夹具设计，运行于十六位微机和 DOS 操作系统下。此系统 有一个带有夹具和工艺信息的编码系统、 编码作为输入信息用作检索和选择相似夹具。 ， 系统向设计人员提供组装结构思路，并自动生成清单。②BMFCAD2.0 智能槽系组合夹具 CAD 系统，此系统是在 BMFCAD1.0 版本基础上嵌入了一个组装专家系统，是基于成组技 术的相似夹具的变异式系统，用 AutoCAD 和 DBASE 作为支持软件。组装专家系统的主要 功能为组装定位、夹紧方案设计和基础件选择。③KXMFSAD 孔系组合夹具 CAD 系统。系基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究7统也是给予成组技术（GT）的检索变异式，可以和 CAD 和 CAPP 集成，具有夹紧力校验 功能。KXMFSAD 系统运行与 32 位工作站和 UNIX 操作系统下，系统中由图形支撑软件所 产生的夹具装配图事二维图形。虽然二维图形价格便宜、应用成熟、接口方便和数据量 小，但难以自动消隐，对较复杂的夹具图，组装人员读图困难。另外华东船舶学院开发 的计算机辅助组合夹具组装设计软件包采用了计算机绘图法和检索法相组合的方法。 河 北工业大学开发的组合夹具计算机辅助设计设计软件包 MFS CAD R5.0 版已在实际中得 到了很好的应用。 国外研究开发计算机辅助夹具设计系统的情况： 前苏联早在 20 世纪 70 年代一些专 家就开始夹具 CAD 的研究工作。由于所用计算机软件落后，使发展受到很大限制。20 世纪 80 年代美国、欧洲不少学者和公司投入这一工作，其中美国密执安大学与 1987 年 研制成功的 CAD―MFS 系统就很具有代表性。国际上的这些研究主要是在夹具结构自动 布局的理论与方法，夹具设计专家系统，CAPP 中增加夹具规划功能和实用化夹具 CAD 系统的开发等。 在夹具结构自动布局的理论和方法方面，Amy J.C.Trappey 用空间投影技术法简化 了工件总体形状的表示，然后用几何推理的方法，通过 PSOE 一套立体网络搜索的策略 得到夹具的布局。Y.C.Chou 对夹具中非回转体零件所受切削力、定位力矩和夹紧力矩 等用一线性规划模型表示， 然后按照螺旋理论来校验其平衡， 从而得出合理的夹具布局。 在夹具设计专家系统方面，A.Markus 等设计出了一个用 Prolog 语言为箱体类零件 装配组合夹具的 MODBUILD 系统。这个系统运行时需要技术人员决定工件的定位、夹 紧方案作为系统的输入，MODBUILD 系统就能做出夹具装配图的设计。A.R.Darvishi 和 K.F.Gill 建造了夹具设计的专家系统知识库。先用现有知识构造知识库的框架，然后 逐步扩大。以此知识库为基础的专家系统能产生夹具元件图，用于显示加工零件简单的 装配图。 这些夹具设计方法大都沿用了 CAPP 的方法，即变异式和创成式。变异式即应用成 组技术的原理，由新零件检索现有类型相似夹具，按新零件的技术要求对已检索出的夹 具进行修改，最后由绘图机输出夹具装配图，创成式是根据输入信息，系统能或多或少 地部分生成夹具装配图，在较少的交互方式下完成设计。但创成式仍停留在原始阶段， 离实用尚有不少的距离，因此两者结合的智能化系统是目前研究者颇感兴趣的问题。专 家系统是目前夹具智能化常用的方法。 在组合夹具计算机辅助构型方面， 很多学者已经应用传统专家系统技术如基于规划 的系统进行了研究，然而由于这种技术的缺陷，已经阻碍了该领域的发展，主要表现为 以下几个方面： ①应用炸设计方面的复杂知识很难简化为一定的规则， 这些规则是从以往相似的例 子中归纳总结出来的，然而，利用这些基于规则的系统很难解决设计中的复杂问题； ②专家系统不能很清楚的表达领域的知识；陕西科技大学毕业论文（设计说明书）8③对于以规则性知识为基础的专家系统来说，知识的获取还是一个难题。 当前组合夹具 CAD 研究开发中存在的问题有:自动化夹具设计系统的功能是有限 的，许多复杂夹具设计仍需人的干涉;现有 CAFD 系统作为商品化 CAD 软件包，在屏幕上 操作几何形费时，所以进一步开发交互式组合夹具 CAD 系统，对工业应用是有价值的。 1.2.3 课题的意义 夹具的设计制造在机械制造生产准备工作中占有重要的地位， 它的设计与制造质量 对保证产品质量有决定性影响，其设计与制造的周期在整个生产准备中最长，实际决定 着整个生产准备周期的关键。通过调研我们注意到夹具设计有以下的特点： ⑴ 夹具设计中尽量采用标准件和常用件 设计人员在进行夹具设计时，尽量选用标准件和通用件进行设计，若每次设计人员 都需要重新对这些零件进行造型，设计人员必须要做许多重复性的劳动。 ⑵ 夹具设计是一个高度依赖经验的设计问题 设计师在构思工作的夹具设计方案时， 往往根据个人的设计制造经验将新工件的结 构特征、制造特征与已有工件的结构特征和制造特征相比较，根据这些特征的相似性找 出与新工件最为相似的工件及它的装夹规划方案和夹具元件， 经过调整来获得新夹具的 设计，很少是从头做起的。 针对这两个特点，本课题着重研究并充分利用已有的夹具设计经验，将参数化设计 应用到设计中，以进一步缩短工装设计周期提高夹具的设计质量，并应用数据库管理、 计算机图形学、成组技术，参数化技术为用户提供一个良好的设计环境，将标准件、通 用件以及以往的设计经验存储在计算机中辅助设计人员进行夹具设计， 将大大提高设计 人员的效率，减轻他们的劳动强度，因此，本课题是具有先进性和实用价值的。 Solid Works 是美国 Solid Works 公司基于 Windows 平台开发的著名的全参数化三维 实体造型软件，它具有强大的零件设计、钣金设计、管理设计、绘制二维图、支持异地 协同工作等功能。它可以实现由三维实体造型向二维工程图的转化，能够使零件设计、 装配设计和工程图保持全时间的相关和同步。同时 Solid Works 具有良好的开放性和兼 容性。它不仅可以向下兼容二维 AutoCAD，使得以前采用 AutoCAD 软件进行的设计得以 继续使用和转化，同时还可以与许多其他专业软件（如有限元分析软件 Ansys、数据加 工软件 Cam works、数据管理系统 Smar Teams 三维实体设计软件 UG、Pro/E 等）无缝 集成为功能十分强大的 CAD/CAE/CAM/PDM 系统完全能胜任大型工程与产品的设计、分 析、制造和数据管理。目前，各类用户不仅在应用 Solid Works 的强大功能进行各类专 业设计，同时也在不断探索 Solid Works 的二次开发技术，从而力求扩展 Solid Works 的功能并使用用户化、专业化。 在机械行业中，许多机械零件的形状结构具有共同特征，只是相对大小或特征上存 在一定的差异， 如果能够通过一个模板模型衍生出不同的模型， 就会大大提高设计效率。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究9参数化设计是将系列化、 通用化和标准化的定型产品中随产品规格不同而变化的参数用 相应的变量代替，通过对变量的修改，从而实现同类结构机械零件设计的参数化。参数 化造型的基本思想是用数值约束、几何约束和方程约束来说明产品模型的形状特征，从 而得到一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。 参数化实体造型的关键是几何模型 的构建。Solid Works 提供了非全约束的参数化设计主要通过两种方法实现：一是利用 哎内嵌的 Excel 工作表中制定参数，创建多个不同配置的零件或装配体;二是利用编程 语言作为开发工具，对 Solid Works 进行二次开发，用程序实现参数化设计。 该组合夹具系统借助 Solid Works 的参数化特征造型功能，建立组合夹具元件库及 其装配与设计;借助成组技术按组合夹具定位，夹紧方法进行初步分类和管理，为企业 提供一种实用的组合夹具 CAD 系统，促进组合夹具的应用和技术交流，为 CAD/CAM 集成提供有效接口。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）102 组合夹具元件库的建立2.1 引言组合夹具设计过程是将分散的组合夹具元件按照一定的规律组装成符合工艺要求 的夹具的过程。组合夹具元件是组合夹具设计的基础。目前绝大多数 CAD 系统软件，比 如 UG、CATIA、Pro/E、Solid Works 等，虽然提供了一些常用的标准件库，但是都没 有提供面向组合夹具设计的参数化、用户可方便自扩充的元件库和构件库。这样，对于 组合夹具设计人员，就常常因为没有组合夹具元件库和构件库，而要进行很多不必要的 重复绘图工作，大大降低了设计人员的工作效率。因此在 CAD 系统上建立一套用户自 己维护的参数化的组合夹具元件库和构件库可以满足组合夹具设计人员快速设计的需 要。 本章研究的元件库以 CAD 软件 Solid Works 为平台。Solid Works 支持多种格式的 CAD 文件转换，在 Solid Works 建立夹具元件库和构件库，就可以通过相应的文件格式 转换实现其他 CAD 系统的文件，从而可以达到满足其它 CAD 系统调用的目的。2.2 三维建模技术概述 2.2.1 特征技术概要三维建模系统分为自由建模和 CAD 建模两大类。 目前 CAD 建模的主流技术是特征技 术。 特征（feature）来源于制造工程应用。在如何确定 CAD 造型基本方法的过程中， 有一种很重要的推动力量，即计算机集成制造技术---CIMIS。这个概念来自 1978 年一 个美国博士生论文。然后这个概念成为制造领域信息化和自动化技术开展的基本风向 标。在 CIMIS 提出之前，制造领域已经开始信息化进程，但是由于各个职能部门的行为 方式和价值取向的差异，导致了在信息化过程中各自为战的状况，即所谓的“自动化孤 岛”。世界上许多知名的制造企业虽然花费大量资金用于办公、设计和制造的自动化， 但是由于缺乏统一的信息共享和行为协同机制， 虽然各个部门内部的自动化程度和工作 效能提高很多，但整体运行效果不佳， CIMIS 就是针对这种状况，提出在信息共享和 行为协同等方面改进和指导企业信息化的方式， CAD 作为产品创新的工具系统，其生 成的 CAD 模型是企业产品开发生产的基本数据依据，因此 CAD 成为信息共享和行为协 同产品的核心。而要在产品全生命周期实现信息共享，突破由于部门分割造成的认知差 异， CAD 模型必须具备广泛的工程语义信息。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究112.2.2 参数化建模 1.实现参数化设计系统的核心技术是： 1）构造设计对象的参数化模型 2）建立参数驱动机制 2.参数化方法是产品模型修改和变形设计的需要， 是设计自动化的所采用的关键技术 之一。 3.非参数化建模器和参数化建模的主要区别在于：在非参数化建模器中，几何图形控 制尺寸，尺寸只是对形状的测量，由于形状固定，后续不能再进行参数驱动变更；在参 数化建模器中，尺寸控制几何图形。尺寸不仅仅只是对形状测量的一个结果，更是一个 驱动参数。通改变尺寸的数值，能够决定另部件更新后的形状。 4.基于特征的参数化建模十分有利于设计意图的实现。在设计的初始阶段，对于尺寸 不是敏感的，必然要通过后期大量的实验或者设计验证才能得到一个精确的模型，这期 间对原始模型需要进行大量的修改。基于特征的参数化建模，允许设计人员返回到以前 的步骤编辑草图或者修改尺寸，这种思路正符合设计人员原本的思考方法。 5.传统的参数化建模中草图必须是完全定义的， 但是在 1997 年 SDRC 在它的 IDEAS 系 统中推出变量化技术，变量化技术是将没有明确定义的草图尺寸当作变量存储起来，暂 时以当前的绘制尺寸复值，这样不影响草图生成特征，以及以后的装配工作。 2.2.3 变量化造型理论 传统的参数化建模中草图必须是完全定义的，但是在 1997 年 SDRC 在它的 IDEAS 系统中推出变量化技术，变量化技术是将没有明确定义的草图尺寸当作变量存储起来， 暂时以当前的绘制尺寸赋值，这样不影响草图生成特征，以及以后的装配工作。 变量化技术与参数化技术的区别在于变量化技术可以支持几何实体之间的几何约束关 系的描述， 因此在变量化技术中， 可以通过尺寸和几何约束共同完成草图的约束和定义， 几何约束较尺寸约束更加直观，更加富有工程意义。 2.2.4 实体建模 1. “实体模型”有别于传统的 2D 绘图或者 3D 曲面 CAD 模型，因为实体模型是对象 的集合，而每个对象又都是独立的主体。实体包含有关信息，能标识具有质量的独立对 象， 即实体是具有质量的， 而现框、 曲面均无质量； 同时， 实体具有“内部”和“外部”。 2. 实体建模的优点是可以确定材料的特性。 CAD 系统的数据库存储着当前零部件的 结构、特征，通过计算即可获得大量实体特征参数，例如总质量。内部体积等。 3. 采用实体建模还能执行很多其他的功能，如有限元分析、动力学分析等。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）122.3 组合夹具元件几何建模常用方法目前采用 Solid Works 平台实现参数化设计的方法有两大类。第一类是采用基 Solid Works 软件进行二次开发的方法实现，既可以采用宏技术，利用宏通过内部编程 操作 Solid Works 对象，然后利用 VC/VB 等语言编程实现参数化设计;也可以采用尺寸 驱动技术，利用尺寸驱动原理，采用外部编程实现 Solid Works 对象的操作，进行参 数化设计。第二类是灵活应用 Solid Works 软件本身的强大功能，实现参数化设计。这 两种参数化设计方法各有千秋， 软件二次开发的 方法对零件特征提取的要求相对较低， 软件功能强大， 使用方便， 效率高， 对操作者的水平要求不高， 但是软件开发工作量大， 软件修改维护不便。采用 Solid Works 软件本身的功能实现参数化设计时，对操作者 的水平要求较高，对零件特征提取要求高，使用比较方便，不需要软件开发，非常便于 修改、维 护和扩展。 组合夹具构件库和夹具实例库建立的基础是组合夹具元件库， 因此首先分析一下组 合夹具元件库的建立方法。对于几何特征的自动建模，三维 CAD 软件一般都为用户提 供了下述三种开发方法： 1．系列零件设计表技术 系列零件设计表，在一些系统中又被称为簇表。它为一个系列的零件提供关键的驱 动数据。这种技术一般是由三维 CAD 软件本身提供的。对于一个模板文件，如果要生成 系列零件设计表，则必须在模板中定义想要生成配置的名称，指定要控制的参数，并为 每个参数分配数值。以下是生成系列零件设计表的两种方法： 1） 作为一个独立的操作， Excel 中生成系列零件设计表工作表。保存此工作表， 在 然后将其插入模型文件以生成配置； 2）在模型中插入一个新的、空白的系列零件设计表，然后直接在工作表中输入系 列零件设计表资料。当完成输入系列零件设计表资料后，模型中会自动生成新的配置。 在 SolidWorks2004 中基于系列零件设计表的图形如图 2-1 所示。图 2-1 Solid Works 中系列零件设计表2．宏技术基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究13所谓宏技术建模就是从内部编程角度操作三维软件提供的 API 对象， 然后利用语言 编程实现自动建模。比如六角头螺栓的模型，首先，建立一个六角头螺栓的 CAD 模型， 录制其绘制过程，建立宏文件（即内部编程） 。然后用变量代替宏文件中的关键数据， 如螺纹规格、螺纹长度、六角头厚度、圆角半径等等，而这些变量的数据来源即为螺栓 数据库中的某种螺栓类型数据表。 这样 就可以利用语言编程方便地来实现自动化造型。 这种方法的缺点是使零件模型与语言程序混在一起，不能实现用户自己添加元件，建库 柔性差，元件库的维护人员要求较高。 3．尺寸驱动原理 尺寸驱动原理从外部编程角度操作三维 CAD 软件提供的 API 对象， 实现自动建模。 尺寸驱动原理如图 2.2 所示。夹具元件参数化过程也就是将夹具元件图形模型进行尺 寸驱动的过程，其中尺寸驱动参数名称的自动提取是这一技术的难点，但这种技术实现 了零件模型与语言程序的有效分离，使它们之间的耦合性变小，可以实现用户自己添加 元件，建库方便，柔性高，对维护人员要求不高。从实用性和有效性的角度考虑，本文 应用尺寸驱动原理对组合夹具元件库进行开发。2.4 组合夹具元件几何建模的关键技术2.4.1 组合夹具元件的自动几何建模原理 组合夹具元件自动几何建模主要基于三维造型中的尺寸驱动原理。 尺寸驱动原理最 初是由美国麻省理工大学 D .C. Gossand 教授在 20 世纪 70 年代末提出用要求日益增 强，这一新技术正在逐步发展成熟。所谓尺寸驱动思想通俗的讲指正式图或徒手勾画的 图，一经标注尺寸后，允许任意修改尺寸值，绘图系统自动保持图形与最新尺寸保持一 致的图形编辑方法。其中，操作对象是尺寸值， 而操作结果是图形的变换，这种方法 显然是与传统的绘图过程截然不同的全新思路。 尺寸驱动过程是指在零件几何特征不变 的约束下，把零件的尺寸参数作为尺寸驱动变量，给定尺寸驱动变量的值，即可生成相 应参数的零件的过程。 每一类零件对应一个零件模板，在模板中定义尺寸变量和变量 之间的尺寸约束关系。目前 Solid Works 支持尺寸驱动的思想，在绘制图形的时候只要 修改相应的绘图尺寸，就可以修改图形。其驱动的原理图如图 2-2 所示。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）14→（a）零件模板 （b）参数化零件 图 2-2 尺寸驱动原理图2.4.2 基于 Solid Works 配置技术的组合夹具参数化设计 （1）应用 Solid Works 配置功能实现参数化设计的基本思路 配置是 Solid Works 软件的一个重要功能，实现配置的方法之一就是通过压缩或隐 藏特征来设计结构相近或相似的系列零件和装配体方案，并对它们分别命名，来快速实 现设计任务;也可以通过系列零件设计表来控制系列零件的尺寸值，从而生成不同的配 置，实现参数化设计。 同样，将具有配置属性的零件装配在一起，通过定义各个零件的不同配置，就可 以实现不同的装配体设计，从而实现产品的参数化设计。显然这种设计方法不需要多次 造型、修改零件或多次装配，节约了涉及间，提高了效率。 （2）基于配置技术的组合夹具元件参数化设计 组合夹具元件，按其用途不同，可分为八大类：基础件、支承件、定位件、导向件、 压紧件、紧固件、其它件和合件等。本小节主要以基础件为例来说明组合夹具元件的参 数化设计过程。具体设计步骤如下： 1)基本零件设计与尺寸和特征命名用 Solid Works 设计图 2-4 所示基础件的三维图形， 为了便于识别和管理系列零件，可以给主要特征和尺寸专门命名。例如在标定尺寸时， 用户可以自己定义 尺寸名称，具体实现方式是右击尺寸，在属性窗口中更改名字，如 图 2-4 中的基础板宽、基础板厚等。另外也可以在特征树中为拉伸、切除和线形阵列等 特征命名，中横 T 形槽阵列等。配置 1配置 2配置 3配置 4图 2-4 基础板部分配置零件阁基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究152) 建立系列零件表 在&Feather Manager& 设计树选项中右击&注解&文件夹，选择& 显示特征尺寸&选项，然后在工具栏中选择插入――系列零件设计表，在系列零件设计 表窗口中选择自动生成，双击需要系列化的尺寸就生成一个配置。如图 2-5 所示，在 A3 中输入配置名称， 在田、 、 C3 D3?等栏中输入不同的参数数据， 就可以生成配置 1 ， 同理可以生成 A4 ，A5 , A6?等不同配置，不同配置就表示系列化零件之一。 图 2-5 所示的系列零件设计表类似于数据库中的一张表，A3、A4、A5、A6 表示实 体，B、C、D 等字段表示属性，零件的不同配置就是表中的纪录。因此通过配置建立系 列零件设计表， 就相当于建立了该零件的参数数据库，通过选取、 修改、 增加数据库 中 的参数，就可以实现组合夹具元件的参数化设计。如果元件不同配置的特征稍有差别， 还可以通过压缩、隐藏特征的功能实现。本文通过改变参数值生成了 4 个配置，零件设 计表如图 2-5 所示。图 2-5 系列零件设计表3) 系列零件显示建立了零件设计表后，点击&Configuration Manager& 设计树， 就会显示基础板的不同配置如图 2-6 所示。 在图 2-6 所示窗口中双击不同的配置名可以 显示相应配置的零件，具体操作结果如图 2-4 所示。图 2-6 配置表（3）基于配置技术的组合夹具参数化设计 组合夹具是由组合夹具元件装配而成的，将具有配置属性的零件装配在一起，通过 选择各个零件的不同配置，同样可以进行装配体的配置设备，从而实现组合夹具的参数 化设计。具体操作过程如下。 1) 建立组合夹具新建装配体，通过配合功能将基础板和支承装配起来。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）162) 上述装配体中已经建立一个默认配置，在&Configuration Manager& 设计树中 右击顶端的文件名称图标，从快捷菜单中选择[添加配置]命令，建立一个&组合 1& 的 配置，默认[添加配置]对话框中的其他选项，单击[确认]按钮(依照同样方法，建立不 同的配置)。 3) 新添加的配置&组合 1& 为当前激活的配置，在&Feather Manager& 设计树中可 看到该装配体的零件组成。 4) 可通过改变零件&基础板&或&支承&的属性来实现新的配置，如右击基础板文件 名，选择[属性]命令，在属性窗口中只需要选择基础板的不同配置，同样可以选择支承 的配置，从而组成一个新的装配体。重复上述过程，即可实现组合夹具的参数化设计。 若要修改组合夹具，既可以通过修改元件，也可以在装配体中直接修改。如图 2-7 所 示。图 2-7 装配体组合配置 1从上述方法可以看出，灵活运用 Solid Works 的配置功能，可以很方便地实现系列组 合夹具的参数化设计，而且产品的设计、编辑、修 改等很容易实现，技术人员可以通 过改变某些参数而不必改动元件设计的全过程来更新设计，太太节约了设计人员的精 力、时间、降低了企业产品的戚本。同时，所建立的夹具元件库和夹具库对自动化或系 列化生产的机械制造企业，建立自己的产品设计数据库，实现数字化设计与制造具有实 用参考价值。 2.4.3 基于特征的夹具元件库的建立 组合夹具有槽系和孔系两个系列。 槽系是指组合夹具组件主要靠槽来定位和坚固;而孔系是指组合夹具组件主要靠孔 来定位和坚固。槽系组合夹具又分为大、 中、小三个系列， 以适应各种不同工厂加工大、 中、小类零件的需要。各系列组合夹具分为几大类，每类有不同品种，每个品种有不同 规格。如中型槽系组合夹具:分为八大类，100 个品种，800 多个规格;孔系组合夹具， 分为微、小、中、大、四个系列，每个系列分为五大类。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究17槽系和孔系组合夹具各有优缺点。槽系组合夹具主要靠槽来定位，且元件品种数量 多，组装灵活性较好，但装配过程中需要较多的测量和调整，装配工作高度依赖于经验 和技巧，组装时难度大、费时。孔系组合夹具元件刚度高，制造和材料成本低，组装时 间短，定位可靠，但装配灵活性差。因此，在当前制造业中，是孔系和槽系并存的局面。 本章介绍槽系组合夹具元件建库。 组合夹具元件按品种建模，同品种不同规格元件通过参数表自动生成;同时为自动 生成组合夹具装配图中要求的组合夹具元件明细表， 在品种属性中加入自定义属性以生 成用户元件明细表模板。下面以平偏心键为例说明品种建模过程。 （1）组合夹具元件建模 a 打开该品种零件图图 2-8 添加自定义属性b 文件，属性，进入属性对话框。 c 选自定义属性菜单，输入要添加属性的名称、类型、数值见图 2-8。 d 建立组合夹具元件库 新建组合夹具元件库目录，如 E:/组合夹具元件库。在其下按类建立子目录，将品 种按类存入即可得到组合夹具元件库。 2.4.4 建立组合夹具元件库模板 所谓模板是具有属性的，参数化的，大小可变的三维几何实体。组合夹具元件模板 即为带有属性的，参数化的组合夹具元件图形。它可以根据设定的参数值进行相应的自 动几何建模。元件模板的参数分为主参数和辅助参数。主参数是指决定元件几何形状的 关键几何参数；辅助参数是指由主参数通过一定的方程式决定的其他几何参数。辅助参 数的值可由主参数的值决定。一般三维 CAD 软件都提供了对辅助参数设定方程式的功 能，在建立组合夹具元件模板时，可以充分利用这一功能，这样可以使得建立的模板参陕西科技大学毕业论文（设计说明书）18数数据冗余最少，可大大减少系统存储数据负担，同时也可提高图形文件尺寸参数驱动 的速度。模板文件和方程式如图 2-9、图 2-10 所示。图 2-11 为主要的基础件模板文件 的图例。图 2-9 元件模型图 2―10 尺寸参数驱动方程式基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究19图 2―11 基础件模板图例2.5 通过 VB 接口的 Solid Works API 简介通过 VB 接口数据库与 Solid Works 系统的数据交换图形库通过 VB 编制接口程序， 直接读取数据库文件，进行参数化绘图。另一方面，VB 通过调用 Solid Works 的各级 API 对象的属性、方法、事件来记录组成产品三维模型的各种特征生成过程以及它们之 间的约束关系。另外，Solid Works 提供宏工具栏，用户可以使用宏录制夹具元件的整 个设计过程，然后根据宏程序中使用的对象和方法，在应用程序中合理组织并做修改， 对具体参数用变量代替， 通过对变量的控制实现设计的参数化。 系统基本结构如图 2-12 所示，从图中可见各模块之间数据交换的关键是 VB 开发 Solid Work。的技术。用 VB 实现 Active Automation 开发的关键是要获得 Solid Works 对象的指针，然后即可创建 Solid Works. Application 对象， 进而创建 Solid Works 文档对象， 以实现对 Solid Works 中其它对象的访问，完成与 Solid Works 的通信。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）20图 2-12 系统结构图VisualBasic6.0 开发 Solid Works 应用程序的流程如下: (1)建立应用程序界面。安装 Solid Works 软件、VisualBasic6.0 软件和 SQL server 数据库管理软件;启动 VisualBasic6.0，选择[文件]-[新建工程]，建立应用程序界面。 (2)引人 Solid Works 的对象库。选择[工程]-[引用],在可引用对象中选择 “Solid-Works2007 Typ Librayr&， 以在 VisualBasic6.0 的运行环境中 Solid Works API 的对象。 (3)编写用户应用程序代码。编写代码过程中可以参考 Solid Works 的宏录制代码，例 如应用宏工具栏(工具-宏操作-宏录制)可以获得程序的头部并进行修改就可以生成某 些需要的应用程序。 (4)运行调试程序。选择[运行]- [启动]，即可以运行程序，看程序功能的实现。 (5)生成工程.exe 文件。在 VisualBasic6.0 的运行环境里面，选择[文件]-[生成 Firstapp.exe]，在其后出现的[生成工程]对话框中输人文件名并保存。2.6 组合夹具元件信息模型在组合夹具元件模型中，几何模型仅是组合夹具元件信息模型的一个重要组成部 分。除此之外，还包括元件基本信息、可装配表面信息和参数驱动数据等三部分。组合 夹具元件的基本信息是由元件的类别信息及编码信息等组成， 它是标识元件唯一性的信 息单元；元件几何模型信息主要是由 CAD 图形文件组成，它包括图形的点、线、面以 及相互之间的拓扑关系等，是夹具元件的图形载体，也是元件模板文件；可装配表面信 息是由元件的可装配表面或者装配表面集合组成， 这些装配表面信息是进行自动装配的 基础；参数驱动数据是进行几何自动建模的关键尺寸参数数据，它存储在数据库中，供 程序调用，是组合夹具元件的基础数据。几何模型信息主要包括构成构件的元件图形文 件和装配文件， 元件图形文件是由元件的构成元素和元素之间的拓扑关系组成装配文件 是记录元件之间的装配拓扑关系的载体， 包括各种元件的位置和相互之间的装配关系和基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究21约束关系。构件基本信息包括构件的类别信息和相应的编码信息；可装配表面信息是根 据构成元件的可装配表面信息进行合并而成的，它记录着构件的装配表面，这些表面是 构件与外部其他元件或构件装配的连接元素。 参数驱动数据包括元件驱动数据和装配约 束方程两部分。元件驱动信息与元件信息模型中的相同，而装配约束方程包括元件与元 件之间几何约束关系的数学表达。 这一部分是基于 Solid Works API 信息接口而实现的，本章内容仅仅只介绍组合夹 具元件建模和参数化设计的实现。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）223 基于成组技术的组合夹具管理系统3.1 成组技术简介20 世纪 50 年代出现了成组技术(GT)。它是一项将生产技术与生产组织、计划、管 理密切结合的综合技术. 目的在于促使生产合理化。成组技术的基本原理：事物之间存 在着继承性和相似性，因此，看似零乱无序的客观事物，却可以利用它们的继承性和相 似性，并通过分类技术而将它们归并成组。然后针对同组相似事物的共性问题，在合理 化和标准化的基础上，使之按统一的标准原则和标准方法去解决。图 3-1 零件的相似性成组技术能对同类问题给出统一的标准解决办法， 由此避免产生解决同类问题方法 的不统一与不必要的多样化，从而可重复利用解决同类问题已有的信息与资源。正因为 成组技术具有这些特点，所以它可以： ① 简化生产技术准备工作，加快新产品的开发和上市速度 ② 有效扩大批量，以利经济合理地采用先进制造技术 ③ 可以方便地组织专业化生产 ④ 实际上，成组技术是一种使企业生产合理化和现代化的制造哲理。 组合夹具主要适应于多品种、小批量普通及数控加工，为了及时总结和保存组合夹 具设计成果，便于重复组装和参考组装新的组合夹具，设计了基于成组技术的组合夹具 管理系统。鉴于此，开展了在 Solid Works 软件平台上开发基于案例推理的组合夹具 CAD 系统研究，实现了组合夹具设计的自动化或半自动化，并且在数据库中完整保存组 合夹具的成功设计案例。本章主要介绍系统中数据库的设计，其中包括夹具元件数据库 和夹 具设计案例数据库。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究233.2 组合夹具管理系统的基本结构组合夹具管理系统的基本结构如下: 组合夹具数据库 建库 组合夹具参数库 人员信息库 组合夹具管理系统 借用 密码设置 维护 数据备份 恢复数据 3.2.1 组合夹具数据库 组合夹具由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及部件组 装而成，图 3-1 所示为用分数型式表示的组合夹具元件编号。分子表示元件的型、类、 组、品种，称之为“分类编号”’元件分大(D)、中(Z)、小(X)3 种类型，元件的类、 。 组、品种各用 1 位数字表示。第 1 位数字表示元件的“类” ，按用途分为基础件、支承 件、定位件、导向件、压紧件和紧固件等;第 2 位数字表示元件类中的“组” ，也按用途 划分;第 3 位数字表示“组”中的“品种” ，按结构特征划分。分母表示元件的规格特征 尺寸，一般用 L*B*H 表示。把上述元件基本信息编码(例如用 0,1,2 取代 D,Z,X 得到编 码 1254)并作为元件基本信息表(element)的主键“元件代码(Elemen-tID)”字段。每 1 组别中包含很多品种，不同品种的元件具有相似的几何形状，只是在尺寸或局部特征方 面有所差别，因此可以被看成一个“元件族” 。从“元件族”中抽取某一特定尺寸的元 件，作为该元件族的类属成员，其它尺寸的元件作为家族成员。用 3 个表存储一个元件 族的相关信息:基本信息表(element)存储元件代码、元件名称、元件示意图和元件模型 图目录等各种管理信息;规格尺寸表(element Spec)存储进行参数化特征建模的尺寸参 数;特征信息表(element feature)存储特征信息(特征类型、特征位置和特征功能)，3 个表的关系如图 2 所示。如果元件参数之间是 1 对多的关系，采用多级元件族表，把上 级的元件族表中的家族成员作为下一级元件族表的类属成员。 家族成员表以其类属成员 表的主键为外键，从而建立起树状关系。先绘制类属成员元件图，在此基础上添加具体 信息得到家族成员元件图。这样，一级一级地建立元件图形库。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）24图 3-2 组合夹具元件表示方法组合夹具数据库见图 3-3。 该库的建立基于成组技术，分别考虑 9 种因素: (1)加工零件产品代号便于查询已有组合夹具； (2)加工零件代号便于查询已有组合夹具； (3)加工表面类型便于查询已有组合夹具参照组装新的夹具； (4)主定位面类型有 3 类:平面、外圆和孔，便于查询已有组合夹具参照组装新的夹 具； (5)机床主轴与主定位面的关系与夹紧结构有关，便于查询己有组合夹具，参照组装 新的夹具组合夹具种类决定夹具结构、所用元件，便于查询己有组合机床种类机床主轴 与主定位面之间的关系组合夹具种类加工表面类型； (6)夹具，参照组装新的夹具； (7)主要尺寸夹具最大尺寸，以确定机床规格； (8)组合夹具代码便于查询已有组合夹具； (9)机床种类便于查询、设计组合夹具； (10)使用次数；图 3-3 组合夹具库基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究25该库有 3 种功能:添加、删除和查询。通过因素下拉列表框，可方便的添加、删除 和查询。如要查询，点击查询按钮，选择查询条件，可查询出符合条件的夹具，见图 3-4, 3-5.基于成组技术的组合夹具管理系统 。图 3-4 查询条件图 3-5 查询结果3.2.2 组合夹具参数库 见图 3-6陕西科技大学毕业论文（设计说明书）26图 3-6 组合夹具参数库该参数库的建立便于各厂输入自己的参数，方便数据库操作。 3.2.3 加工车间人员信息库结构 见图 3-7，方便数据库操作。图 3-7 加工车间人员信息3.2.4 借用 见图 3-8。进入一该对话框前，须输入密码，以防非管理人员修改。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究27图 3-8 借用对话框3.2.5 维护系统 见图 3―9。其中的密码设置用来修改管理员密码图 3-9 数据维护系统陕西科技大学毕业论文（设计说明书）283.3 组合夹具管理系统在 SolidWorks 上运行3.3.1 宏程序 编写在 SolidWorks 上运行组合夹具管理系统的宏程序//文件名为 “组合夹具.swb & Sub main () My App ID=Shell (&D 八 Zhjj\zhjjVB\zhjjpl.exe&, 1)//A App Activate My App ID End Sub 说明:程序 A 行中双引号内的 “D:\Zhjj\zhjjUB\zhjjpl.exe”为用 VB 编写的应用程序(. exe) 文件的路径，其后的数字为应用程序窗口的显示方式: a 应用程序以正常窗口附在 SolidWorks 界面上 b 应用程序隐藏在 SolidWorks 窗口下面，点击后显示 c 应用程序窗口最大化显示 3.3.2 文件的存入和具管理加入 将文件“组合夹具.swb”存入 Solid Works 根目录下的 Macros 子目录。 在 Solid Works“组合夹具”菜单中加入具管理”子菜单： a.工具，自定义(z)，进入自定义对话框。 b.点击菜单选项， 类别选宏， 命令选夹具管理，选组合夹具，命令名称选夹具管理。 c.点击添加。3.4 结论(1)应用基于成组技术面向对象方法设计夹具元件数据库，使系统可以高效地建立和管 理图形库，同时为参数化设计提供了基础。 (2)夹具设计案例库对成功设计案例的完整收集，使企业宝贵的设计经验保留下来。 (3)新的组合夹具设计可以在现有案例的基础上进行，这将会大大提高组合夹具设计的 效率和质量。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究294 组合夹具的装配与设计4.1 引言在组合夹具元件和构件参数化造型完成以后， 根据组合夹具设计意图将不同的元件 或者构件组装在一起， 形成符合工件定位和夹紧要求的装配结构以供夹具设计者分析评 估，这个过程称之为组合夹具装配。 组合夹具装配过程是组合夹具设计过程中的重要环节。 目前组合夹具装配在很多企 业都是利用组合夹具元件实物直接进行装配。装配过程复杂，需要反复试装，花费时间 较长，而且效率较低。如果改为在 CAD 平台上进行试装，则可大大提高装配的效率，而 且还可以达到真实模拟实物装配过程。从而在进行实物装配时不需试装，只需按照虚拟 装配的过程进行实物元件的装配， 这样可以节省大量装配时间和节省装配人员的体力消 耗。因此研究在 CAD 平台上的快速装配技术十分具有必要性。 目前国内外对装配技术进行了大量研究，特别是对产品虚拟装配技术研究的较多。 按照目前的研究现状，装配技术研究主要有装配模型表达、建模方法、装配约束分析以 及装配顺序规划等四个方面。装配模型可以分为关系模型、层次模型和面向对象模型三 种。建模方法则可归为概念模型中的功能―结构映射，结构模型中的基于几何匹配的零 件装配位置求解和基于特征匹配的零件装配位置求解三类。 装配约束主要有尺寸约束和 装配关系约束两种。装配顺序规划方面是装配技术研究的重点和热点。它主要是研究如 何确定部件和元件的装配顺序和正确的装配约束关系。 目前主要的研究方法有基于图论 中割集的方法、基于实例推理的方法和基于遗传算法等。 a 基于图论中割集的思想是将装配过程看成装配图的拆分的逆过程。 b 基于遗传算法的装配顺序规划理论性较强，目前在实用方面有所欠缺。它们均以装 配图存在为基础进行研究的，因此不能使用于设计中的装配顺序规划。 c 基于实例推理的方法应用于装配顺序规划则可打破这个缺陷，在没有装配图的情况 下，通过已存有的实例达到目的。这也是目前研究的一个重要方向。、 本文主要就组合夹具的设计过程和组合夹具装配过程进行阐述。4.2 组合夹具的设计过程组合夹具设计是一种决策过程。图 4-1 为设计过程框图。该设计过程包含了输入信 息、决策过程和夹具设计图的输出。夹具设计系统的输入信息是零件设计图和工艺过程 信息。决策过程是决定夹紧和定位方法，夹具元件的选择，以及夹具结构的布局。输出 是夹具设计装配图及夹具中元件清单。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）30零件图、工艺审批以前有无设计？基准选择决定定位方式，选择元件选择夹紧方法及元件夹具结构综合组合夹 具元件夹具设计校验需要修改？组合夹具 管理数据夹具设计装配图组合夹具库图 4-1 组合夹具设计过程框图4.3 工件定位方法和组合夹具元件种类选择4.3.1 定位基准的选择原则 定位基准是工件安放在夹具上的基准面， 原始基准是工艺卡上标注被加工面尺寸的 点、线、面。定位基准选择是制定工艺规程的一项重要工作。定位方案的选择直接影响 加工误差，影响夹具的复杂性及操作方便性。定为基准分为粗基准和精基准。最初加工 中，只能选择以未加工的毛坯面作为定位基准，称为粗基准，随后以已加工面为定位基 准，称为精基准。 （1）粗基准的选择基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究31粗基准的选择影响各加工面的余量分配及不加工表面与加工表面之间的位置精 度。选择粗基准一般遵循以下原则： a 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求， 则应以不加工 表面为粗基准。如果工件上有很多不加工表面，则应以其中与加工表面位置精度要求较 高的表面作为粗基准。 b 如果工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准。 c 零件上有较多加工面时，为使各表面都得到较多的加工余量，应选择毛坯上加工 余量最小的表面为粗基准。 d 作为粗基准的表面应尽可能平整和光洁。 （2）精基准的选择 选择精基准应考虑如何保证加工精度和装夹的准确方便。 选择精基准一般遵循以下 原则： a 基准重合原则 b 基准统一原则 c 互为基准原则 d 自为基准原则 e 便于装夹原则 （3）定位基准必须满足工件的技术条件 4.3.2 定位方法及夹具元件种类选择 工件定位方法及典型结构由工件加工精度、技术要求、定位面特征而定。 a.工件以平面作为定位基准 (1)粗基准面定位 粗基准面特点:基准面误差大。如锻铸件的毛面。 定位元件:鳞齿支承帽(钉)，或球头螺帽(钉)。参见组合夹具元件库中的第 7 类(其 它件)。 定位元件数量:3 个。 定位元件布置:3 个定位元件相互之间距离越远越好。 (2)精基准面定位 精基准面特点:基准面误差小。如已切削表面。 定位元件:基础件表面，或由支承件、钻模板、伸长板组成的表面。 1)基础件:工件尺寸小，加工非通孔，非翻转钻模。 2)伸长板:环形而狭窄的圆弧平面定位。 3)钻模板:钻通孔时不能利用元件上的孔槽。如加工孔较大或位置限制。 4)支承件:待加工子[孔距不能利用元件上固有尺寸。 由支承件叠加形成孔距及通孔陕西科技大学毕业论文（设计说明书）32越程槽。 (3)台阶面定位: 1)台阶面经过精加工:装上两块不同高度的定位件。 2)台阶面误差较大:用较大的平面为定位基准，另一台阶面用可调支钉顶住。 b.工件以外圆定位 (1)一个外圆 a.在圆孔中定位:①带有磨削孔的组合夹具元件，如定位盘②专用件过渡。组合夹 具元件尺寸满足不了要求，如衬套。 b.在组合件中定位:基础件(圆形基础板)加 3 ―4 块简式支承(台阶板)。 c.在 V 形块中定位。 d.在自动定心装置中定位:几何形状对称的工件，既定位夹紧。如组合夹具元件中 的双向夹紧卡爪;通用机床中的三爪卡盘、钻夹头。缺点是误差较大，定位精度不高 (0.08-0.15)。 e.两孔中定位:一定位孔是固定的，另一个是可移动的，如中孔钻模板。 f.一孔和两平行平面:如中孔钻模板，方形支承。 g.一孔和一活动 V 形块。 h.两个 V 形块:一个固定，一个活动。定位误差最小。 c.工件以孔定位 (1)一个孔:依据加工孔孔径确定组合夹具元件。 (2)两个孔: 1)一圆柱销一菱形销； 2)两个圆柱销:一个固定，一个移动。精度较高； 3)组合销、菱形销:大孔用组合销，小孔用菱形销。 d.一孔一平面 (1)孔用圆柱销，面用可移动支承件。 (2)孔用菱形销，面用固定支承件。 e.其它 (1)工件以燕尾导轨定位。 (2)工件以型面定位: 1)按六点定则制作定位面。在型面上取 3-4 个坐标点，装 3-4 个专用销，用环氧树 脂或低熔点合金，按型面的形状浇注成型； 2)组装在基础件上。表 4-1 名 称 V 形角铁的规格及主要尺寸 备注 测棒尺寸 D（mm） 工件直径 d 范围基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究33V 形板 V 形支承 V 形角铁 活动 V 形架15,20,25,30 32,45,60,85 15,30,25 1512―35 27―95 10―40 10―15d=(D-5)~(D+5) d=25~42 d=(D-10)~(D+10) d=70~85表 4-2 N d 9 5~10 14 &10~15 18V 形铁槽口宽 N 与工件直径 d 的关系 24 &20~25 32 &25~35 42 &35~45 55 &45~60 70 &60~80 85 &80~100&15~20表 4-3 钻模板(DXLXB) 种 类 孔径 D 12 孔中心到端面距离 L 82.5 97.5 偏心距 A立式钻模板112.5 142.5 左偏心钻模板 右偏心钻模板 钻模板 12 12 12 35 双槽钻模板 18 35 中孔钻模板 18 45 18 18 18 45 26 45 26 58 35 26 110 140 110 140 90 105 120 15 30 15 304.4 夹紧结构机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、重力、惯性力等的作用，在这些外 力作用下，为了使工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生 振动或位移，保证加工质量和生产安全，一般夹具结构中都必须设置夹紧装置将工件可 靠夹牢。 1．夹紧装置主要由以下三部分组成： (1) 力源装置 产生夹紧作用力的装置。所产生的力称为原始力，如气动、液动、 电动等。对于手动夹紧来说，力源来自人力。 (2) 中间传力机构 介于力源和夹紧元件之间传递力的机构。在传递力的过程中， 它能够改变作用力的方向和大小，起增力作用；还能使夹紧实现自锁，保证力源提供的 原始力消失后，仍能可靠地夹紧工件，这对手动夹紧尤为重要。 (3) 夹紧元件 夹紧装置的最终执行件，与工件直接接触完成夹紧作用。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）342．对夹具装置的要求 必须指出，夹紧装置的具体组成并非一成不变，须根据工件 的加工要求、安装方法和生产规模等条件来确定。但无论其组成如何，都必须满足以下 基本要求： (1) 夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置。 (2) 夹紧力大小要适当。夹紧机构既要保证工件在加工过程中不产生松动或振动。 同时，又不得产生过大的夹紧变形和表面损伤。 (3) 夹紧机构的自动化程度和复杂程度应和工件的生产规模相适应， 并有良好的结 构工艺性，尽可能采用标准化元件。 (4) 夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。 目前在组合夹具中使用的、由各种元件组成的夹紧机构，绝大部分均为手动螺旋夹 紧机构，动作慢，需要的夹紧时间长。为了提高组合夹具的夹紧效率，也为了将组合夹 具的使用范围扩大到成批生产，国内外均致力于研制各种与组合夹具元件配套、并适合 在组合夹具上使用的快速夹紧机构和动力加紧装置。 a，夹紧力的方向 1)尽可能的垂直于工件的主要定位面。 2)尽量与切削力方向一致。如垂直，应在切削力相反的方向加一支承点，以防止移 动或倾覆。见图 4-2。图 4-2 夹紧力方向b.夹紧力作用点 (1)尽可能的落在主要支承点或面上。 (2)作用在工件刚性好的部位。 (3)尽可能靠近加工表面，必要时增加辅助作用点。 (4)必要时采用多向作用点夹紧。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究35图 4-3 自身夹加紧力的平衡:在受力较大的夹紧结构中， 夹紧力通过工件与支承力必须承受在同一 定位元件上，即“自身夹紧” ，见图 4-3。 常见夹紧结构:螺栓和杠杆夹紧结构。4.5 通过 SolidWorks 软件组合夹具元件装配操作方法4.5.1 向装配图中添加和删除零件 （1）向装配图中添加零件：有六种方法，介绍其中的 4 种: a 用插入菜单中的指令，然后按路径查找文件 1)新建装配图，点击插入、零件、来自文件，或从装配图工具栏中选择插入零件 图标，从路径中选择需要插入的零件。 2)选择需要的零件 3)点击打开。如果点击规格(Configure)选择框，从列表中选一个，点击是。 4)点击装配图的图区放零件。 b 打开的零件窗口拖放到装配图 1)打开目标装配图，打开源文件(零件本身，或包含有该零件的装配图) 2)点击窗口、水平排放(或垂直排放) 3)从源窗口将零件拖放到装配图窗口。 c 从本装配图中拖放己有的零件 1)压住 Ctrl 键不放，把零件从图区或特征管理区拖拉。 2)将零件放在图区。管理区的零件名后缀&n&递增。 d 从调色板窗口拖放到装配图 1)打开目标装配图 2)点击工具、特征调色板 3)选择要插入的零件 4)将零件拖放到装配图图区。如果零件有不同规格，选一个需要的，点击是。陕西科技大学毕业论文（设计说明书）36(2) 从装配图中删除零件 在图区点击零件或在特征管理区点击该零件名;按下删除键,或点击编辑、 删除,或右击， 选择删除;点击是，确认删除。 4.5.2 零件在装配图中的定位 零件一旦进入装配图，可进行移动、转动或固定的操作。通过这些操作初步确定零 件在装配体中的位置,然后使用装配方式准确确定零件的位置。 (1)固定零件的位置: 零件固定后，零件不能相对装配体原点移动和转动。第一个进入装配图的零件默认 为固定位置，可随时变为不固定。一般装配体中至少有一个零件或固定，或装配到装配 图的坐标面或原点。以确定其它零件的位置和防止添加装配关系时零件不期望的移动。 固定或浮动方式转换: 在图区右击零件或在特征管理区右击该零件名。从弹出的菜单中选固定或浮动。 (2)移动零件 零件移动的条件:零件位置未完全限定。固定零件或位置完全确定零件不能移动。 零件移动的范围:零件只能在装配所允许的自由度内移动。 子装配体的移动:子装配体内的零件不能单独移动，子装配体只能做为整体一起移 动。 移动零件的步骤: 1)点击装配工具条上的移动零件图标 2)在图区或特征管理区选一个零件。 3)拖零件到一个新位置，或在属性管理区输入新的 X, Y, Z 值。 4)重复 3), 4)移动另外的零件。 5)移动完成后，点击移动零件图标，关闭移动功能。 (3)转动零件 零件转动的条件: 零件位置未完全限定。固定零件或位置完全确定零件不能转动。 零件转动的范围: 零件只能在装配所允许的自由度内转动。 子装配体的转动: 子装配体内的零件不能单独转动，子装配体只能作为整体一起转动。 a 绕零件的中心点转动零件:(只能转动未装配零件) 1)点击装配工具条上的转动零件图标 2)在图区或特征管理区选一个零件。 3)拖零件转到一个新位置。要使零件旋转 360 度，沿某一方向反复移动。 4)重复 3), 4)转动另外的零件。 5)转动完成后，点击转动零件图标，关闭转动功能。 b 绕轴转动零件: ，或点击工具，部件，转动。 ，或点击工具，部件，移动。基于 SolidWorks 组合夹具 CAD 的研究37l)选转动轴:点击轴线、棱线或轮廓直线。 2)选转动零件:压下 Ctrl 键，并点击要转动的零件。 3)点击装配工具条上的绕轴转动零件图标 4）绕轴拖动零件。要使零件旋转 360 度，沿某一方向反复移动。 5）退出:点击装配工具条上的绕轴转动零件图标。 4.5.3 Solid Works 装配设计方法 自下而上设计一个装配体，或自上而下进行设计，或两种方法结合使用。 1）自下而上设计方法 自下而上设计法是比较传统的方法。在自下而上设计中，先生成零件并将之插入装 配体，然后根据设计要求配合零件。当您使用以前生成的的零件时，自下而上的设计方 案是首选的方法。 自下而上设计法的另一个优点是因为零部件是独立设计的，与自上而下设计法相 比，它们的相互关系及重建行为更为简单。使用自下而上设计法可以专注于单个零件的 设计工作。当不需要建立控制零件大小和尺寸的参考关系时（相对于其它零件），则此 方法较为适用。 2）自上而下设计方法 ?自上而下设计法装配体中开始设计工作，这是两种设计方法的不同之处。可以使用一 个零件的几何体来帮助定义另一个零件，或生成组装零件后才添加的加工特征。可以将 布局草图作为设计的开端，定义固定的零件位置、基准面等，然后参考这些定义来设计 零件。 例如，可以将一个零件插入到装配体中，然后根据此零件生成一个夹具。使用自上 而下设计法在关联中生成夹具，这样可参考模型的几何体，通过与原零件建立几何关系 来控制夹具的尺寸。如果改变了零件的尺寸，夹具会自动更新。 4.5.4 Solid Works 零件装配方法 Solid Works 装配体提供了七种标准配合关系。 重合(Coincident) 垂直(Perpendicular) 相切(Tangent) 同轴(Concentric) 平行(Parallel) 距离(Distance) 装配对话框中的默认值为两个所选零件之间实际距离。 可将该值与图上尺寸联系起陕西科技大学毕业论文（设计说明书）38来，或使用等式中的值。方法为:双击装配组中的相离(Distance)，右击图上尺寸， 选 属性(Property)，为该尺寸命名。 角度(Angle) 装配对话框中的默认值为两个所选零件之间实际角度。 可将该值与图上尺寸联系起 来，或使用等式中的值。方法为:双击装配组中的角度(Angle)，右击图上尺寸，选属性 (Property)，为该尺寸命名。 Solid Works 装配体还为设计者提供了高级配合关系，包括对称、凸轮、宽度、齿 轮、齿条小齿轮、距离、角度、最大值、最小值以及配合对齐等。在配合属性框中均可 找到。 (1)装配条件: 同向(Aligned):放零件时，所选的表面法线方向不变。 反向(Anti-Aligned):放零件时，所选的表面法线方向与原来的方向相反。 最近的(Closest):放零件时，既不同向也不反向，而使零件移动的距离最少。 (2)装配: 1)点击装配工具条上的装配(Mate)图标，或点击插入、装配。 2)选择零件上的实体。实体列在选项框内。可通过移动或转动视角将装配图运动以 便于选择。 3)选择需要的装配类型和条件。 4)在工作区，点击预览。如果不正确，点击取消。重选后，再