基于SolidWorks的三維夾具設(shè)計

萬宏強 姚敏茹 解衛(wèi)斌 侯海貴

(西安工業(yè)大學機電工程學院，陜西西安710032)

機械制造業(yè)的設(shè)計制造水平，在很大程度上反映出企業(yè)工藝技術(shù)水平和制造能力的高低，直接影響著機械產(chǎn)品的加工質(zhì)量、工人的勞動強度、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。夾具是工藝裝備的一個重要組成部分，應用十分廣泛，其設(shè)計與制造水平直接影響了產(chǎn)品生產(chǎn)準備周期和加工成本，因而越來越受到企業(yè)的關(guān)注［1］。

大量三維實體造型軟件崛起，如Pro/E、UG、Solid-Works、Solidedge等，推動了設(shè)計領(lǐng)域的新革命。由于這些三維軟件，不僅僅可創(chuàng)建三維實體模型，還可利用設(shè)計出三維模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機構(gòu)分析、動態(tài)干涉檢查、動力學分析、強度分析等，機床夾具設(shè)計也由原先的二維平面設(shè)計向著三維化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，三維夾具CAD的開發(fā)受到了普遍關(guān)注，并取得了較快的進展［2］。

結(jié)合專用夾具設(shè)計的復雜性、高精度性等特點，采用了易學易懂的SolidWorks三維實體造型軟件來實現(xiàn)設(shè)計過程。SolidWorks是完全基于 Windows的三維CAD/CAE/CAM軟件。它采用與UG相同的底層圖形核心Parasolid，具有強大的基于特征的參數(shù)化實體建模能力，然而要使SolidWorks軟件真正為我國企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，必須使其國產(chǎn)化、專業(yè)化［3］。

1 機床夾具標準件庫的創(chuàng)建

標準件在機械制造領(lǐng)域中大量存在，屬于加工工藝裝備的夾具中同樣也廣泛使用各種標準件，按照功能可分為:(1)定位零件與部件;(2)夾緊零件與部件;(3)其它夾緊元件;(4)導向零件與部件;(5)對刀零件;(6)對定零件與部件;(7)鍵;(8)支承用零部件;(9)操作件;(10)其它零件。

夾具設(shè)計要求設(shè)計者盡量選用標準化、系列化的元件以提高效率，降低成本。針對此特點，利用Solid-Works提供的系列零件設(shè)計表功能，建立夾具設(shè)計所需的標準件庫［4］。

1.1 機床夾具標準件參數(shù)數(shù)據(jù)庫

Access是一種關(guān)系性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使用簡單方便，通用性好，且便于與VC程序連接。利用Access軟件建立標準件數(shù)據(jù)庫，其中每種類型夾具不同規(guī)格的尺寸構(gòu)成一個數(shù)據(jù)文件，以供用SolidWorks生成一系列的三維模型。數(shù)據(jù)文件按照機床夾具標準中的數(shù)據(jù)建立，數(shù)據(jù)庫的使用，不僅方便管理機床夾具零部件，而且便于數(shù)據(jù)的擴展［5］。

數(shù)據(jù)庫中JB/T8034-1999的數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 螺釘?shù)慕：湍Ｐ蛶斓慕?/h3>

(1)分析零件

鉸鏈支座(JB/T8034-1999)的二維圖如圖1所示，此零件為圓柱狀零件，在建模時可考慮用“旋轉(zhuǎn)”命令來生成模型，然后再切制螺紋，最后在其頭部打孔并倒角。

(2)建模

進入SolidWorks軟件，新建模型名稱為鉸鏈支座(JB/T8034-1999)。使用旋轉(zhuǎn)、螺旋掃描、拉伸、倒角等命令完成整個鉸鏈支座的建模如圖2所示。

(3)零件的系列化

在鉸鏈支座模型的文件夾里新建一個Excel表，并與模型命名一樣。然后將數(shù)據(jù)庫(表1)里的數(shù)據(jù)粘貼到Excel表里，刪除與尺寸控制無關(guān)的“ID”列、“標準件模板”列、“極限偏差”列等，并修改尺寸命名。在SolidWorks里雙擊零件，會出現(xiàn)尺寸，把鼠標放到某一尺寸上會顯示其特性。如圖3，將“φ10”的尺寸名“D(大徑)”保存為“D3@草圖1”。同樣把所有的尺寸名為Solid-Works默認的格式“xx@xx”，完成的Excel表如表2。

(4)子零件的分解

利用外掛程序進行零件的分解，可生成數(shù)據(jù)庫中的全部子零件。

1.3 機床夾具標準件庫的調(diào)用

機床夾具標準件庫界面如圖4所示。單擊圖標“二維示意圖”可查看該標準件的二維工程圖及其控制參數(shù)，單擊圖標“三維渲染圖”可查看該標準件的三維圖片。

在參數(shù)模塊中瀏覽零件的尺寸規(guī)格參數(shù)，選中該欄，單擊“確定”按鈕就可調(diào)用該零件的三維模型，然后保存到自己建立的文件夾中以供裝配使用。

2 非標準件的建模與裝配

夾具中除了定位、夾緊、對刀、導向和連接元件等應用各種標準件外，還通常使用少量非標準專用件，其中最主要的零件是夾具體。夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機構(gòu)、裝置連接成一個整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。因此，夾具體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等，所以一般最后確定其模型。一般專用夾具上所加工工件結(jié)構(gòu)和工藝的特殊性，夾具體結(jié)構(gòu)復雜、專用化程度高，此種夾具體只能夠單獨建模。

有部分夾具體的總體結(jié)構(gòu)在一定程度上具有較大的相似性。此時可建立典型結(jié)構(gòu)夾具體庫，當設(shè)計某夾具體時，則從庫中調(diào)出相似零件，并對某些特征、部位進行必要的修改和增刪以便適用。

以加工車床離合齒輪的兩個寬38 mm的槽為例，分析三維夾具設(shè)計過程。

2.1 夾具的定位

車床離合齒輪三維模型如圖5所示。要加工2個寬38 mm的槽，就要實現(xiàn)完全定位。用臺階狀心軸和花鍵軸套實現(xiàn)工件的完全定位。

2.2 夾具的夾緊

夾緊裝置如圖6所示。夾緊裝置由螺母、帶肩六角螺母、球面墊圈、彈簧、聯(lián)動壓板、活節(jié)螺栓、調(diào)節(jié)支承、鉸鏈壓板和球頭支承等組成，各零件可以根據(jù)設(shè)計尺寸從“機床夾具標準件庫”直接調(diào)用。安裝工件時，松開帶肩六角螺母，將壓板后撤，將兩工件裝在定位套上，轉(zhuǎn)動手把，使定位齒插入工件齒槽，將兩壓板的壓緊面推至工件上方，擰緊帶肩六角螺母，可使四個壓緊點同時均勻受力，便可同時將兩工件夾緊。

2.3 夾具的裝配

裝配是將多個相關(guān)零件組合成具有獨特功能的產(chǎn)品的一道重要工序，任何零件在空間都有6個自由度，裝配實質(zhì)是限制零件自由度的過程，三維建模軟件的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計發(fā)生了根本性變化［6］。

在設(shè)計裝配體時，有兩種方法中，自下而上設(shè)計，或自上而下設(shè)計。自下而上的設(shè)計方法，是首先生成單獨零件，并將其插入空白裝配體文件，然后，根據(jù)設(shè)計要求，在零部件之間建立一定的配合和約束關(guān)系，最終形成裝配體。自上而下設(shè)計方法是從裝配體中開始設(shè)計工作的［5］。圖7所示為車床離合齒輪的銑夾具三維裝配模型。其中，多個零件可以根據(jù)設(shè)計尺寸從“機床夾具標準件庫”直接調(diào)用，減少了零件設(shè)計與建模時間，提高了設(shè)計效率。

3 結(jié)語

利用SolidWorks建立機床夾具標準件模型庫和數(shù)據(jù)庫的使用，將大大提高設(shè)計人員的工作效率，減少產(chǎn)品的開發(fā)周期，為企業(yè)創(chuàng)造更高的效益。同時使用標準件庫調(diào)用標準件可以改善設(shè)計質(zhì)量，能在最短的時間找到設(shè)計所需的標準件，減少了標準件的參數(shù)查找和繪圖工作，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，減少了設(shè)計錯誤。這樣的設(shè)計方法在其他機械部件設(shè)計中具有普遍的應用意義和推廣價值。

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