组合夹具数据库建立及其应用

组合夹具数据库建立及其应用

张童 李峰 田东缙

中国航发西安动力控制有限公司 陕西西安 710077

摘要：组合夹具在生产中应用较为广泛，但目前组合夹具一次合格率较低。本文探索提高组合夹具合格率的办法，通过建立组合夹具元件数据库，运用三维软件在计算机中实现模拟组装。在模拟组装完成后，对组合夹具建立数据库，并使用电子表格建立三维模型与该夹具对应的零件、工序号及相关参数要求的连接，可以在后续过程中实现组合夹具快速检索及组装。

关键词：组合夹具；数据库；三维软件

引言

组合夹具是一种标准化的、可重复使用的高柔性夹具，已经成为现代夹具的一个主要发展方向[1] 。组合夹具的设计及组合是建立在经验基础上的过程，操作者通过手工作业反复组装调试而来。随着计算机的快速发展以及三维软件和数据库的广泛使用，若将消化图纸以及反复调试的过程使用计算机虚拟模拟出来后存入数据库中，可将这种高柔性的夹具标准化，进而提高组装夹具的稳定性和高效性，大大减少了人工组合夹具时间和人为因素，实现组合夹具标准化、智能化[2][3] 。

1. 组合夹具现状及流程

1.1 组合夹具现状

本单位在生产任务上具有多种类、小批量的生产特点。在生产应用中会使用到大量的夹具，其中有70%均为组合夹具。传统的组合夹具的设计及组合需要在工序前组装、工序结束后拆卸，经历往复而又复杂的手工作业。传统意义上的夹具组合与操作者的技能水平和业务能力息息相关，组装过程凭借技术人员的经验，通常需要经过多次安装调试才能达到要求，费时，费力，劳动强度大且不能稳定控制组合夹具的质量和性能，从而使得工序中加工参数无法固化。

1.2 组合夹具组装流程

目前组合夹具的组装均是由人为操作来实现的，从准备组合夹具开始到该夹具组合完成，组装流程图如图1所示：

图1 传统组合夹具流程 图2 组合夹具元件按作用分类举例

由流程图可以看出，消化工艺图纸以及尝试组装及调试两个过程会消耗掉大量的时间和人力以及存在着不确定的人为因素，对加工零件产生了不利的影响。组合夹具数据库的建立就可以通过计算机解决这些因素。

2. 组合夹具数据库建立

2.1 组合夹具元件数据库建立

组合夹具是由夹具元件标准化演变形成的，它由不同形式、不同规格的标准件组合而成。这些元件要求配合精度高、尺寸浮动小、耐磨性好、硬度高并且具有完全的互换性[4] ，它们在组合夹具中各有各的作用，现根据其作用将它们分类如下图2所示：

各类型元件均由不同结构相同作用的板块构成，现以槽系组合夹具为例，列举出各个作用元件其中一种板块，针对上述对组合夹具元件的分类分析，利用计算机三维软件，建立组合夹具元件三维模型如下图3所示：

图3组合夹具元件模型创建 图4 组合夹具元件快速检索表

将组合夹具元件按照作用分门别类地输入电子表格中，将每一个元件的作用类型、名字、编号以及拥有数量键入当中，建立快速检索的元件数据库，可以很直观地看到所选出的夹具元件列表，如下图4所示：

通过表格中每一个元件对应的编号可与三维软件中的元件模型对应连接，以便快速调用。

2.2 组合夹具模拟组装

模拟组装将设计过程、装配过程有机结合，使产品设计具有良好的结构性，且能高效地进行模拟装配。通过Solid-Works、ug、Pro/E等三维软件调用建立好的组合夹具元件数据库中相应元件，按照具体零件工序中的工艺要求，结合人工组合夹具的经验以及实践认识完成夹具零件的实体建模、实体装配、干涉检查和动态仿真等一系列进程，使组合夹具在虚拟装配系统中的设计过程与装配过程达到高度统一化和真实化[5][6] 。组合夹具虚拟装配系统是根据夹具产品形状设计合理化、精度要求准确化、模拟装配真实化、制造成本经济化等原则，在Solid-Works平台上对模型进行合理有效的控制处理来实现组合夹具互换装配、动态仿真以及场景设计而开发的。现将模拟组装过程举例如下所示：

（1） 建立装配体（2） 调取所需元件（3） 模拟组装（4） 结构定型建库

将模拟组装完成的组合夹具按照之前元件数据库建立的过程步骤建立组合夹具数据库，并对数据库中的组合夹具编号。在建立组合夹具库的过程中，将每一个组合夹具所对应零件的加工技术要求注明，如：零件号、设备、工序号、定位孔及坐标、压紧、垫高等。这样将现有数据库中组合夹具与具体零件的具体工序联系起来，与组合夹具元件一样建立之间相互联系的电子表格，在后续加工过程中直接调用零件工序对应的组合夹具编号即可。

3 组合夹具设计及拼装流程

零件进行到具体某一工序需要组合夹具，先明确零件号及工序号，查阅电子表格找出对应的数据库组合夹具的编号，运用三维模型软件调出组合夹具，并根据数据库中组合夹具提供的所有元件信息将实物分别罗列出来，根据计算机模拟组装过程将夹具组合完成。

4 结语

本文在手工作业组合夹具积累的经验基础上通过建立数据库及运用计算机软件建立组合夹具元件特征模型库; 然后，在计算机三维软件的设计环境中，根据加工中心工作特点，由定位、夹紧、加工动态等要求，逐步调用库元件，最终推演出满足工序要求的夹具。对完成的组合夹具模型建立数据库并与具体零件的工序构建信息连接，以便后期调用。由传统手工作业的3小时缩短为1小时，性能的稳定性也提高了30%。这些技术可以帮助相关企业去提高其已有组合夹具的使用效率，同时也有助于组合夹具这一柔性装备的进一步推广使用。

参考文献

[1] 蔡葛明．FMS的应用前景探讨[J]．机械研究与应用，2007(2):11-13．

[2] 朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M]．北京:机械工业出版社，2010．

[3] 金福吉．蓝新特柔性组合夹具的应用[J]．中国职业技术教育，2007(34):60．

[4] 于骏一，邹青．机械制造技术基础[M]．第2版．北京：机械工业出版社，2005.

[5] 万宏强，姚敏茹，解卫斌等．基于Solid-Works的三维夹具设计[J]．制造技术与机床，2010(3):60-62．

[6] 李赞，宋慧军，王玮，等.组合夹具的研究与应用[J].中国新技术新产品，2012(1)：105.

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