魏先讓,丁　康,唐紅濤（浙江三花股份有限公司,浙江　新昌　312500）

基于So lidw orks二次開發(fā)的組合銑鼓輪兩斜面夾具設計研究

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(tǒng)中的重要組成部分，組合夾具具有柔性好、標準化、調(diào)整容易等特點，在新產(chǎn)品試制、多品種小批量生產(chǎn)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(fā)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(chǎn)品模型進行優(yōu)化調(diào)整。

關鍵詞：組合夾具;Sol idWorks二次開發(fā);鼓輪

1　引言

夾具設計是一個復雜的過程，傳統(tǒng)的夾具設計主要取決于設計者的經(jīng)驗和技能[1]。隨著計算機輔助技術的發(fā)展，研究人員使用計算機輔助夾具設計(CAFD)開發(fā)了一種自動化組合夾具設計技術和系統(tǒng)，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(shù)據(jù)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(yōu)化設計，避免制造時修改和返工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。另外，對其進行二次開發(fā)可以得到組合夾具標準零件庫，建立CAFD系統(tǒng)，便于以后更換零件或加工不同工序時，可調(diào)用零件設計新的組合夾具，提高了企業(yè)快速響應市場的能力，既節(jié)約了大量的時間，又降低了研發(fā)成本，增強了企業(yè)的市場競爭力。

2　組合夾具整體結(jié)構(gòu)設計

本文主要針對加工鼓輪兩斜面這一工序，零件參數(shù)如圖1所示，在加工A、B兩斜面時，鼓輪外圓φ75H 9，內(nèi)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(huán)節(jié)。

根據(jù)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(xiàn)過定位和欠定位的情況。根據(jù)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(zhuǎn)自由度；根據(jù)斜面與過軸心線平面的夾角關系，需限定Y方向旋轉(zhuǎn)自由度；根據(jù)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(cè)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(jù)斜面槽與左端面平行的關系，且根據(jù)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(cè)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(nèi)孔的定位。其中，左端面的定位可以選擇圓形定位盤，內(nèi)孔的定位可以選擇圓形定位銷，側(cè)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(chǎn)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(jīng)濟實用原則。

本文的零件為圓柱形的鼓輪，根據(jù)其定位方案和結(jié)構(gòu)特征，采用壓板夾緊的方案將鼓輪兩端面夾緊，便可以實現(xiàn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)總體設計

夾具的定位和夾緊裝置已經(jīng)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(jié)構(gòu)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(gòu)成夾具基本形態(tài)。夾具結(jié)構(gòu)設計方案如圖4所示：

圖3　零件夾緊裝置夾具結(jié)構(gòu)設計

圖4　夾具結(jié)構(gòu)方案圖

3　參數(shù)化設計系統(tǒng)開發(fā)關鍵技術

3.1SolidWorks應用程序接口技術

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

SolidWorks將其內(nèi)部數(shù)據(jù)以對象的形式組織起來，形成一個對象層次結(jié)構(gòu)。SolidWorksAPI通過面向?qū)ο笏枷胩峁┝怂械慕涌趯ο螅@些對象是采用COM技術構(gòu)造的。作為一個對象，它包括類型、屬性和方法幾個方面。開發(fā)者通過操縱對象的屬性和調(diào)用對象的方法便可以建立自己的應用程序，在程序里實現(xiàn)諸如生成直線、構(gòu)造線、零件裝配等幾乎所有的SolidWorks軟件的功能，實現(xiàn)二次開發(fā)。

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(guī)劃

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

圖6　組合夾具元件庫數(shù)據(jù)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(qū)動

進行參數(shù)化設計之前，先要調(diào)用模板元件，即調(diào)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(zhuǎn)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(shù)視為驅(qū)動變量。當給定不同的尺寸變量值時，就可生成一系列結(jié)構(gòu)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(shù)化為例，通過VB編程實現(xiàn)零件參數(shù)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(lián)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(lián)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(shù)變量賦值

L=Val(Text1.Text)‘變量賦值

B=Val(Text2.Text)

H=Val(Text3.Text)

4　參數(shù)化設計系統(tǒng)實例

基于以上關鍵技術，本研究開發(fā)了組合夾具設計系統(tǒng)，通過SolidWorks的二次開發(fā)，創(chuàng)建組合夾具標準件庫二級菜單，其中，第一級菜單主要內(nèi)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(nèi)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。

圖7　系統(tǒng)功能菜單

圖8為通過該系統(tǒng)建立一個長方形基礎板的示例。首先通過長方形基礎板功能塊，對零件規(guī)格參數(shù)進行設定，然后點擊“繪制零件”按鈕，系統(tǒng)便自動建立一個該參數(shù)的SolidWorks長方形基礎板零件。通過簡單的操作便實現(xiàn)了零件設計過程中的參數(shù)化設計，極大的簡化了設計過程。

圖8　生成長方形基礎板實例

圖9　組合夾具裝配圖

根據(jù)夾具設計方案，將設計中所需的夾具元件裝配起來，通過在SolidWorks軟件中對相關零件添加合理的裝配關系，使所有零件有機的組成一個裝配體。裝配體效果如圖9所示。在裝配完成后，對組合夾具局部進行調(diào)整，在滿足零件的加工要求和無干涉情況后確定設計方案。

5　結(jié)束語

本文分析了加工鼓輪兩斜面的定位和夾緊方案，基于計算機輔助夾具的設計思想，使用VisualBasic6.0對SolidWorks平臺進行二次開發(fā)，對夾具元件進行參數(shù)化設計，建立了相應的組合夾具標準件庫，在此基礎上設計了銑鼓輪兩斜面的組合夾具，并建立裝配體的三維模型。

參考文獻:

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[5]趙峰.組合夾具圖冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.

[6]曹巖,白瑀.組合夾具手冊與三維圖庫[M].北京:化學工業(yè)出版社,2012:1-20,76-129.

[7]楊紅濤,郭順生,黎文飛.數(shù)字車間系統(tǒng)中夾具子系統(tǒng)的設計[J].機床液壓,2007,35(09):97-100.

通訊作者：唐紅濤（1987-），男，湖北荊州人，講師，博士，研究方向：數(shù)字化設計。