毕业论文-夹具定位元件库的研发技术.docx

目 录1 绪论31.1课题的产生背景和研究意义.31.1.1 产生背景31.1.2 研究意义31.2机床夹具的现状.41.3 CAFD在现代制造业中的地位和作用.52 夹具定位元件的设计原理及步骤方法72.1夹具设计的基本要求.72.2工件的定位.72.2.1六点定位原理72.2.2工件定位中的约束分析82.2.3工件定位中的定位基准82.2.4常用定位元件及选用92.3夹具设计的基本步骤.102.4夹具体的设计.122.4.1夹具体的概述122.4.2夹具体设计的基本要求122.5装夹表面可及性分析及装夹稳定性校验.132.5.1装夹表面可及性分析132.5.2装夹刚度和装夹稳定性校验132.5.3 夹具精度分析与校核142.6 夹具的对定.162.6.1 夹具切削成形运动的定位162.6.2 夹具的对刀173 软件平台的开发183.1UG三维软件及二次简介.183.1.1 UG软件的三维概述183.1.2 UG的二次开发183.2功能嵌入模块的实现.223.2.1 定制菜单栏223.2.2菜单激活方式的选择234 夹具定位元件参数化设计254.1建库的意义.254.2 夹具标准件类型.254.3参数化设计理论.264.3.1参数化设计概述264.3.2参数化设计的方法264.3.3参数化设计的意义334.4 实例的研究.335 总结366参考文献377致谢38夹具定位元件库的研发技术摘要：迄今为止，夹具是现代制造系统的重要组成部分，而传统的夹具就成为制约产品快速上市的瓶颈，随着现代制造业技术的飞速发展，计算机辅助夹具设计技术（CAFD）逐步代替了传统夹具设计技术，使得企业夹具设计效率大大提高，论文开发了具有实用性的基于实例的机床夹具设计系统及其夹具库。具体来说，主要进行了以下几个方面的研究:首先，总结国内外在计算机辅助夹具设计上的主要设计方法，以发展二维、三维等几何设计方法，以及应用有限元、人工智能、图论等现代数学理论进一步发展夹具设计的理论和水平。其次，分析夹具设计原理及夹具设计的基本步骤与方法，从而了解了工件的定位及定位基准 、工件的夹紧，夹具体的设计、夹具的对定和装夹表面可及性分析及装夹稳定性校验最后，简述概况UG三维软件及二次简介，以及UG的二次开发，夹具定位元件参数化建模设计关键词: 机床夹具设计,CAFD,元件库，UG二次开发指导老师签名：Fixture positioning element database development technologyABSTRACT:So far, Fixture is an important part of modern manufacturing system, and the traditional jig has become the bottleneck of restricting the product to market, with the rapid development of modern manufacturing technology, the computer aided fixture design (CAFD) gradually replaced the traditional fixture design technology, greatly improve the enterprise efficiency of fixture design, the paper developed a practical machine tool fixture design system based on the instance and its fixture library.In particular, mainly in the following several aspects of research:First of all, summarizes the main design on computer aided fixture design methods, such as development of 2 d and 3 d geometry design method, and finite element, artificial intelligence, graph theory and other modern mathematics theory further development of fixture design theory and level.Secondly, analyze the clamp design principle and design the basic steps and methods, to know the location and the locating datum for the workpiece, workpiece clamping, specific design, fixture for calibration and the clamping surface accessibility analysis and check the clamping stabilityFinally, briefly overview UG 3 d software and introduction, and UG secondary development, the fixture positioning components parameterized modeling designKey words: machine tool fixture design, CAFD, component libraries, UG secondary developmentSignature of Supervisor:1 绪论1.1课题的产生背景和研究意义1.1.1 产生背景 20 世纪中叶计算机科学取得了长足进步，计算机辅助设计技术 (CAD 技术) 应运而生，它是一个集计算机学科与工程学科相结合的工程门类，与此同时虚拟制造技术和虚拟制造系统VMS (Virtual Manufacturing System) 的概念也相应诞生。 随着计算机技术的发展，面向工程各个阶段的计算机辅助技术（简称 CAX 技术，包括 CAD、CAE、CAM、CAPP 和 CAT 等）在机械制造系统中起着至关重要的作用。将计算机辅助设计（CAD）技术和基于知识的工程（KBE）技术相结合融入到传统的机床夹具设计中来，便出现了计算机辅助夹具设计（CAFD）。计算机辅助夹具设计（CAFD）是利用计算机对夹具进行设计的一项技术，是把夹具设计领域的知识和经验归纳后融入到 CAD 系统中的一个平台，它能缩短加工准备周期，并能充分发挥设计人员创造力。计算机辅助夹具设计（CAFD）的研究内容就是怎样在 CAD 系统中归纳、实现和利用夹具设计领域的知识和经验并快速灵活的进行夹具设计。它能彻底改变传统夹具设计主要依靠设计人员个人经验的情况，并有效减少设计人员工作强度高、负担重、可靠性低的状况。1.1.2 研究意义 夹具是航空、机械等制造业必不可少的工艺装备，无论是在传统制造过程中还是应用了现代柔性技术的制造过程中，加工前所面临的问题首先是如何将工件装好夹牢，加之用户对产品可靠性、美观性要求的不断提高，复杂形面与结构在产品中的应用愈来愈广泛，装夹方案已经成为保证产品质量的重要手段。例如，为了提高航空产品的强度、韧性、抗腐蚀抗断裂能力，现代航空设计中大量使用薄壁整体结构件，典型的有壁板、缘条、框、长绗等，结构复杂、尺寸大、弹性模量小的铝钛合金，装夹变形是影响其加工精度的主要因素之一。 然而，装夹方案的设计是一项非常重要而且复杂的技术工作，传统的经验设计方法和当前的计算机辅助夹具设计方法均要依赖于设计者的经验知识水平，当前计算机辅助夹具设计仍局限于计算机辅助绘图的范畴，虽国内外许多专家学者仍长期致力于此，但迄今为止还没有功能比较齐全、企业运行良好的计算机辅助夹具设计(CAFD)系统，大大影响企业工业化和信息化的进程，阻碍了CAD/CAPP/CAM 的集成发展。 (1) 适应现代制造业需求；在航空航天等领域大量应用整体结构件，由于其结构复杂、尺寸大、壁薄，导致装夹困难、易变形，难以满足加工要求。本文的研究定位方法既为 CAFD 开发提供了理论依据，也为复杂零件的装夹布局提供了技术思路。 (2) 缩短夹具设计周期；夹具设计是影响产品质量和研制周期的关键因素，例如，一般飞机研制中工装的研制周期约占整个飞机型号研制周期的5060左右。生产一辆汽车大约需要 4000 件大小各异的夹具。工装设计是这些生产企业生产准备周期能否缩短的主要因素，数字化技术的应用改变了夹具设计和制造的传统方式，提高了设计水平，缩短设计周期。 (3) 提高夹具设计质量；随着产品朝精密化、轻量化等方向发展，产品具有结构复杂、精度要求高、变厚度等特点，加工变形现象普遍存在，顺序不当造成的工件报废现象时有发生。对于这类零件的夹具设计，时常以数值分析与模拟仿真找到优化的元件布局、夹紧力等，从而从装夹角度对变形进行控制。另外，借助已有的夹具模板、流程、知识、实例，进行夹变异和分析，不仅可以规范夹具设计过程，而且可以提高设计质量。 (4) 利于 CAD/CAM 的集成；CAFD 是产品开发过程链中重要的一环，介于CAD 与 CAM 之间，可以根据 CAD 输出的零件信息设计夹具，确定定位基准和定位方案。(5)机床夹具部件库的建立体现了成组技术、参数化技术、数据库技术和数字化设计的广泛应用,同时对提高企业夹具设计效率,降低生产成本有重大意义。1.2机床夹具的现状夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。在批量生产中，企业都习惯于采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约有数千甚至近万套专用夹具；在多种生产的企业中，每隔34年就要更新50%80%的专用夹具，而夹具的实际磨损量斤为10%20%，这些夹具往往留下来又很难得到重复使用，抛弃它们又实在可惜，因此造成很大的浪费。这些都是一直困扰企业的现实问题。近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求； 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；能装夹一组具有相似性特征的工件；能适用于精密加工的高精度机床夹具；能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；提高机床夹具的标准化程度。显然，这些都是摆在工艺技术人员面前的新课题、新任务。1.3 CAFD在现代制造业中的地位和作用 不论是传统制造，还是现代先进制造系统，夹具都是十分重要的。夹具作为制造企业中重要的基础工艺装备，广泛应用于加工、检测和装配等制造过程中，而且加工一个产品零件，有时需要几套甚至几十套工装夹具，所以花费在夹具设计和制造上的时间，在生产周期中都占有较大的比重。缩短夹具的设计周期、提高其设计质量将直接关系到产品生产的精度、性能、加工质量、生产率和成本。所以，制造业中对夹具的研究非常重视。随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助夹具设计（CAFD）技术已越来越多地取代传统的手工夹具设计。计算机辅助夹具设计克服了传统夹具设计的缺点，大大提高了缩短了设计周期，减少了设计人员的劳动，提高了夹具设计的质量。采用CAFD不仅可以显著提高夹具的设计效率，缩短夹具设计周期，而且可以提高设计质量，优化制造加工过程，验证制造工艺流程，进一步促进CAD/CAM的集成。也使以计算机辅助夹具设计为基础的夹具信息系统构成了CIMS中信息继承的一个重要环节。与传统的夹具设计相比，不仅实现了夹具设计全过程的计算机化，而且使得设计者的夹具设计经验和知识水平等能够积累和延续。这是传统夹具设计无法达到的。计算机辅助夹具设计与传统夹具设计相比，它的优越性主要体现在:1） 设计者从繁琐的劳动中解放出来，提高了设计的效率和设计质量，使设计者把更多的注意力放在创新性开发上面。2） 可以把夹具设计人员的经验和智慧存入计算机，构成专家系统，有利于夹具设计技术的继承和发展。3） 由于计算机辅助夹具设计采用了统一的系统程序，可以获得相对统一的设计与优化结果，有利于实现夹具设计的”三化”，即通用化、标准化、系列化。计算机辅助夹具设计（CADF）一个关键点就是收集和表达夹具设计人员的经验，这是夹具设计人员通过计算机辅助技术用科学方法进行夹具设计的一种新理念，是对传统夹具设计方法的延伸和发展，是数字化制造技术迅速发展的结果。它围绕提高开发研制产品的速度和快速发展的结果。它围绕提高开发研制产品的速度和快速响应市场，融入现代先进制造技术理念，在计算机技术的强力支持下，在现代制造业中发挥了越来越重要的作用。2 夹具定位元件的设计原理及步骤方法2.1夹具设计的基本要求一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求。 保证工件的加工精度。保证加工精度在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还要进行定位误差分析判断，还要了解夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，夹具应有足够刚度，夹具多次重复使用还应注意相关元件的强度和耐磨性，这样才能保证工件的加工精度要求。 提高生产效率。专用夹具的复杂程度应与生产纲领相符合，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。工艺性能好。专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。专用夹具的制造属于但见生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。使用性能好。专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减少操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。经济性好。专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。2.2工件的定位2.2.1六点定位原理夹具设计最主要的任务就是在一定精度范围内将工件定位。工件的定位就是使一批工件每次放置到夹具中都能占据同一位置。一个尚未定位的工件，其位置是不确定的。这种位置的不确定性，称为自用度。如果将工件假设为一理想刚体，并将其放在一空间直角坐标系中，以此坐标系作为参照来观察刚体位置和方位变动。由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有仅有六个自由度。如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别约束刚体的六个运动自由度。在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。如果工件的六个自由度都加以约束了，工件在空间的位置就完全被确定下来了。因此定位的实质就是约束工件的自由度。分析工件定位时，通常是用一个支承点约束工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点约束工件的六个自由度，使工件在夹具中位置完全确定，这就是六点定位原理。2.2.2工件定位中的约束分析根据工件自由度的约束的情况，工件定位可分为以下几种类型。完全定位。完全定位是指工件的六个自由度不重复地被全部约束的定位。不完全定位。根据工件的加工要求，又是并不需要约束工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位。欠定位。根据工件的加工要求，应该约束的自由度没有完全被约束的定位成为欠定位。过定位。夹具上的两个或两个以上的定位元件重复约束同一个自由度的现象，称为过定位。2.2.3工件定位中的定位基准(1)定位基准的基本概念定位基准就是在加工中用作定位的基准。一般来说，工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。定位方案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证。工件定位时，作为定位基准的点和线，往往有某些具体表面体现出来，这种表面成为定位基面。例如用量顶尖装夹车轴时，轴的两中心孔就是定位基面，但它体现的定位基准则是轴的轴线。（2）定位基准的分类根据定位基准所约束的自由度数，可将其分为如下几种。主要定位基准面。xOy平面设置三个支承点，约束了工件的三个自由度，这样的平面称为主要定位基面。导向定位基准面。平面设置两个支承点，约束了工件的两个自由度，这样的平面或圆柱称为导向定位基面。双导向定位基准面。约束工件四个自由度的圆柱面，称为双导向定位基准面。双支承定位基准面。约束工件四个自由度的圆柱面。称为双支承定位基准面。止推定位基准面。约束工件一个移动自由度的表面，称为止推定位基准面。防转定位基准面。约束工件一个转动自由度的表面，称为防转定位基准面。2.2.4常用定位元件及选用工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次则是选择合适的定位元件。定位元件时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副。 (1）对定位元件的基本要求限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和摩擦，容易磨损。为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保证夹具的使用寿命和定位精度。支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中的变形和损坏。定位元件应有良好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。定位元件应便于清除切屑。定位远见的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。（2）常用定位元件所能约束的自由度常用定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类。用于平面定位的定位元件。包括固定支承（钉支承和板支承）、自位支承、可调支承和辅助支承。用于外圆柱面定位的定位元件。包括V形架、定位套和半圆定位座等。用于孔定位的定位元件。包括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销）、圆柱心轴和小锥度心轴。（3）常用定位元件的选用常用定位元件的选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。a 以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以粗糙不平的基准面或毛胚面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。b 以面积较大、平面精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于侧面定位时，可选用不带斜槽的支承板，以利于清除切屑。c 以毛胚面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件，但需注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。d 以毛胚面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用。e 当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件。2.3夹具设计的基本步骤工艺人员在编制零件的工艺规程时，便会提出相应的夹具设计任务书，经有关负责人批准后下达给夹具设计人员。夹具设计人员根据任务书提出的任务进行夹具结构设计。现将夹具结构设计的规范化程序具体分述如下。（1） 明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料仔细研究零件工作图、毛胚图及其技术条件。了解零件的生产纲领、投产批量以及生产组织等有关信息。了解工件的工艺规程和本工序的具体技术要求，了解工件的定位、夹紧方案，了解本工序的加工余量和切削用量的选择。了解所使用量具的精度等级、刀具和辅助工具等的型号、规格。了解本企业制造和使用夹具的生产条件和技术现状。了解所使用的机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等。准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资料等收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，吸取其中先进而又能结合本企业实际情况的合理部分。（2） 确定夹具的结构方案在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括以下内容。根据工艺的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件。确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构。请确定夹具的其他组成部分，如分度装置、对刀块或引导元件、微调机构等。协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。（3） 绘制夹具总图遵循国家制图标准，绘制比例应尽可能选取1：1，根据工件的大小时，也可用较大化较小的比例；通常选取操作位置为主视图，以便使所绘制的夹具总图具有良好的直观性；视图剖面应尽可能少，但必须能够清楚地表达夹具各部分的结构。用双点划线绘出工件轮廓外形、定位基准和加工表面。根据工件定位基准的类型和主次，选择合适的定位元件，合理布置定位点，以满足定位设计的相容性。根据定位对夹紧的要求，按照夹紧五原则（即：工件不移动原则、工件不变形原则、工件不振动原则、安全可靠原则、经济实用原则）选择最佳夹紧状态及技术经济合理的夹紧系统，作出夹紧工件的状态。围绕工件的几个视图依次绘出对刀、导向元件以及定向键等。最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。确定并标注有关尺寸。夹具总图上应标注的有以下五类尺寸。a夹具的轮廓尺寸。b工件与定位元件的联系尺寸。c夹具与刀具的联系尺寸d夹具内部的配合尺寸。e夹具与机床的联系尺寸规定总图上应控制的精度项目，标注相关的技术条件。编制零件明细表（4） 夹具精度校核在夹具设计中，当结构方案拟订之后，应该对夹具的方案进行精度分析和估算；在夹具总图设计完成后，还应该根据夹具有关元件的配合性质及技术要求，再进行一次复核。这是确保产品加工质量而必须进行的误差分析。（5） 绘制夹具零件工作图夹具总绘制完毕之后，对夹具上的非标准件要绘制零件的工作图，并规定相应的技术要求。零件工作图应严格遵照所规定的比例绘制。视图、投影应完整，尺寸要标注齐全，所标注的公差及技术条件应符合总图要求，加工精度及表面光洁度应选择合理（6） 设计质量评估夹具设计质量评估，就是对夹具的磨损公差的大小和过程误差的留量这两项指标进行考核，以确保夹具的加工质量稳定的使用寿命。2.4夹具体的设计2.4.1夹具体的概述夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大、最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑其结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，在设计时都必须认真加以考虑。2.4.2夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定性；（2）应有足够的强度和刚度；（3）应有良好的结构工艺性和使用性；（4）应便于排除切屑；（5）在机床上的安装应稳定可靠；2.5装夹表面可及性分析及装夹稳定性校验2.5.1装夹表面可及性分析装夹表面是指工件上用来定位和夹紧的表面，这些表面与夹具功能元件直接接触。夹具可及性是选择工件装夹面和点需要认真考虑的重要方面，它包括装夹表面可及性和工件装/卸载可及性两方面的内容，前者是工件每个单独表面的可到达性，它是定位和夹紧面选择的一个重要标准；后者是将工件从夹具上装/卸载的容易性夹具表面可及性是一个模糊概念，它和夹具设计中使用的夹具元件有关。为了决定工件上的一个表面是否对于一个常规的夹具元件存在可及性，并且能表示相应的可及性程度，应考虑以下三个主要因素。应考虑作为装夹表面所包含的表面积和形状的几何信息。应考虑沿装夹表面法方向或者围绕装夹表面几何区域有可能阻碍工件的几何信息。应考虑夹具功能元件的尺寸和形状。2.5.2装夹刚度和装夹稳定性校验夹具设计完成后就需要对夹具设计的质量做出评估，以校验夹具的性能。夹具性能除了主要用来保证工件加工精度的定位精度之外，还能保证装夹刚度、装夹稳定性和刀具切削路径不发生干涉，以及制造夹具的工艺性。（1）装夹刚度装夹刚度是指在单位外力作用下，夹具组件中夹具元件及其连接处在加工精度敏感方向上的全部变形。装夹刚度反映夹具及其元件抵抗受力变形的能力，它可以阻止加工过程中定位精度的变形，也是保证定位精度不变化的重要因素。装夹刚度分为静态刚度和动态刚度。静态刚度是诸如夹紧力等静态外力作用下相关夹具元件的变形，或者是诸如切削力等动态外力中的常值分量所引起的变形。动态刚度则可用作用于夹具上的动态合力和夹具振动幅的比值来描述。因为动态刚度总是和夹具的静态刚度相关，所以研究静态刚度十分重要。（1） 装夹稳定性夹具的定位可靠性需要对夹紧力和定位支承反作用之间的平衡做出评估，效验夹具稳定性主要分析以下两个方面的技术问题：夹紧力和定位反作用力的位置、方向；夹具设计中夹紧平衡的评价。工件和夹具的接触通常就是工件和定位/夹紧元件之间的接触，因此只需要对夹具设计中定位件和压板的位置和方向做出分析。为了校验夹紧稳定性，首先要建立包括摩擦力在内的平衡方程。分析摩擦力时会存在某些不确定性，必须进行综合分析。对摩擦力方向需要确认，通常在工件和夹具元件的界面上。摩擦力方向应该和相对运动的趋向相反。摩擦力的大小应为 0FfFn式中 Ff摩擦力，N; 摩擦系数； Fn工件和夹具元件界面上的法向力，N。（2） 夹具设计中干涉的校验切削力刀具与夹具组件之间不发生干涉以及各夹具组件之间没有干涉是夹具的一项主要要求。加工过程中，夹具用于工件相对于刀具的定位。通常，在夹具设计时可能发生以下四种类型的干涉。A型干涉。由刀具产生的扫描体积和夹具元件之间的干涉。B型干涉。加工过程中，运动中的刀具与工件之间的干涉。C型干涉。夹具元件和元件之间的干涉。D型干涉。夹具组件之间的干涉。无论刀具和夹具元件多么复杂，都可以简化成圆柱形、块状形以及圆柱形-块状形的组合。因此在校验时，可将这些元件作出如一简化后，在刀具移动的路径中，将它们在三个投影面上投影，如果刀具高度和夹具元件高度发生重叠，就可能发生A型干涉。而对于夹具元件和夹具组件之间，如果两者的投影轮廓发生相交，则可能发生C型或D型干涉。2.5.3 夹具精度分析与校核使用夹具的首要目的在于保证工件的加工质量，具体来说，使用夹具加工时，必须保证工件的尺寸精度、形状精度和位置精度。（1） 夹具精度的概念夹具的误差分为静态误差和动态误差两部分，其中静态误差占重要的比例。因此，夹具的精度在无特殊注明时是指夹具的静态误差，或称静态精度，即指夹具非受力状态下的精度。夹具的精度是由一组完备的测量项目决定的，具体说来包括以下内容。定位及定位支承元件的工作表面对夹具底面（在机床上的安装基准面）的位置度（平行度、垂直度等）误差。对刀和导向元件的工作表面或轴线（或中心线）对夹具底面和定向键中心平面或侧面的尺寸及位置误差。定位元件上工作面或轴线（或中心线）之间及对刀、导向元件工作面或轴线（或中心线）之间的尺寸及位置误差。定位元件及导向元件本身的尺寸。对于有分度或转为机构的夹具，还应有分度或转位误差。其中、两项是定位、导向元件相对夹具安装基准的误差；、两项是定位、导向元件本身及相互位置误差。（2） 夹具零件制造的平均经济精度为了使夹具制造尽量达到成本低、精度高的目的需要研究夹具零件制造的平均经济精度的问题。所谓平均经济精度，是对某种加工方法而言，费用较低而加工精度最高的一种合理加工精度。也就是说，对某种加工方法规定零件的加工精度比平均经济精度高，则加工费用会急剧增加；规定零件的加工精度比平均经济精度低很多，而加工费用也不会明显减少。夹具零件属单件小批量生产，精度要求较高，设计时应该十分重视零件加工的平均经济精度的问题，否则将急剧增加制造成本。（3） 加工精度分析夹具设计中，为了保证制造精度，必须将工件定位在一个合适的位置，并在一个或多个加工工序中保持位置不发生变化，首先应选择好的定位表面（基准），其次应考虑定位点的合理分布。定位件的位置不准确，必然造成工件定位和方位的变化，进而引起工件产生几何误差，因此设计时必须认真分析，综合考虑各方面的因素，包括受力变形、受热变形、磨损等动态因素对定位的影响。夹具设计中，当定位基准与设计基准和测量基准不重合时，必须利用工艺尺寸链来分析和估算加工误差，然后决定夹具设计应选取的公差值。（4） 夹具精度的校验夹具精度的校验，主要是在夹具设计完成后对夹具定位精度的校验。一旦夹具设计完成，就可以立即着手进行夹具精度校验。校验时，主要根据零件图样的设计要求和工艺规程，将加工误差分解成每次安装中的误差加以分析；由定位基准的变化造成的尺寸变化，可根据夹具结构和工件的几何尺寸通过尺寸链换算进行估算；由振动、受热变形、受力变形、刀具磨损及其他工艺因素引起的加工原始误差，可根据工艺规程的相关资料加以估算。通过相关的校验，综合估算出夹具可能出现的最大误差。如果最大误差值小于零件图样的设计值，则可以确定该夹具的设计方案是合理的，否则应该采取必要的工艺措施或结构修正措施。2.6 夹具的对定工件在夹具中的位置是由与工件接触的定位元件的定位表面（简称元件定位面）所确定的。为了保证工件相对刀具及切削成形运动有正确的位置，还需要使夹具与机床连接和配合时所用的夹具定位表面（简称夹具定位面）相对刀具及切削成形运动处于理想的位置，这种过程称为夹具的对定。夹具的对定包括三个方面:一是夹具的定位，即夹具对切削成形运动的定位；二是夹具的对刀，指夹具对刀具的对准；三是分度与转位的定位，这只有对分度和转位夹具才考虑。2.6.1 夹具切削成形运动的定位由于刀具相对于工件所做的切削成形运动通常是由机床提供的，所以夹具对成形运动的定位即为夹具在机床上的定位，其本质则是对成形运动的定位。（1） 夹具对成形运动的定位这种夹具定位方法简单方便，不需要很高的技术水平，适用于在通用机床上用专用夹具进行多品种加工。但这种方法影响夹具对成形运动定位精度的环节较多，因此要使元件定位面对机床成形运动占据准确位置，就要解决好夹具与机床的连接问题，以及正确规定元件定位面对夹具定位面的位置要求，至于机床定位面对成形运动的位置误差则是由机床精度决定的。（2） 夹具与机床的连接夹具与机床的连接，根据机床的工作特点，最基本的形式有两种：一种夹具安装在机床的平面工作台上；另一种是夹具安装在机床的回转主轴上。（3） 元件定位时对夹具定位面的位置要求在设计夹具时，元件定位面对夹具定位面的位置要求，应在夹具装配图上标出，或以文字注明，作为夹具的验收标准。各项要求的允许误差取决于与工件有关的加工公差，总的原则是加工中各项误差造成的工件加工误差应小于或等于相应的工件给定的误差。一般来说，对定误差应小于或等于工件加工允差的三分之一，而对定误差中还包括对刀误差，所以通常夹具定位时产生的位置误差w为 w=（1/61/3）T 式中T工件的制造公差。2.6.2 夹具的对刀 （1）夹具对刀的方法夹具在机床上的定位后，接着进行的就是夹具的对刀。夹具对刀的方法通常有以下三种。单件试切法每加工一批工件，安装调整一次夹具，刀具相对元件定位面的理想位置都是通过试切数个工件对刀的。用样件或对刀装置对刀。（2）影响对刀装置对准精度的因素用对刀装置调整刀具对夹具的相对位置方便迅速，但其对精度一般比试切法纸。影响对刀装置对准精度的因素主要有:对刀时的调整精度；元件定位面相对对刀装置的位置误差。因此，在设计夹具时，应正确确定对刀块对刀表面和导套中心线的位置尺寸及其公差，一般来说，这些位置尺寸都是以元件定位面作为基准来标注的，以减少基准变换带来误差。当工件工序图中的工序基准与定位基准不重合时，则需要把工序尺寸换算到加工面离定位基准的尺寸。3 软件平台的开发3.1UG三维软件及二次简介3.1.1 UG软件的三维概述UnigraPhies Solutions(UGS)是全球发展最快的机械CA，D公司之一，Unigraphics(简称UG),是美国Unigraphics Solutions of EDS公司推出的CAD/CAM/CAE一体化的软件，广泛应用于航天、汽车、机械、电器电子等各个行业，UG可以完成产品概念设计、外观造型、详细设计、图纸生成、运动分析、受热受力分析、零件数控加工程序的自动生成等过程，甚至可以对生产过程进行管理。UG是CAD、CAM和CAE一体化的软件系统，用于产品的开发全过程，该软件有建模模块、装配模块、加工模块、二次开发模块等功能。它具有的二次开发语言简单易懂、功能强大，可以使用户开发CAD系统，实现单凭交互方式操作UG很难操作的功能，所以，使用CAD软件上进行二次开发可以充分提高设计效率，使得企业在市场上竞争有了一个更好的平台。3.1.2 UG的二次开发UG二次开发,是指在UG软件平台上,结合企业或用户的具体需求,为实现某种特定的功能,开发的面向企业或用户的专用软件。UG软件提供CAE/CAD/CAM业界最先进的编程工具集,以满足用户二次开发的需要,这组工具集称之为UG/Open,是一系列uG开发工具的总称,它们随uG一起发布,以开放性架构面向不同的软件平台提供灵活的开发支持。它为UG软件的二次开发提供了许多函数和工具集,便于用户进行二次开发,利用该模块可以对UG系统进行用户化定制和开发,实现特定的功能。uG/open套件主要由4个开发工具组成,如图3.1所示。利用UG/Open提供的应用程序和开发工具,用户可以在其提供的平台上开发出适合自己需要的CAD产品。 图3.1UG/open二次开发工具集1UNIGRAPHICS NX/OPEN API1.UNIGRAPHICS NXOPE N A PI 的基础知识 简而言之，UNIGRAPHICS NXOPEN A PI 是 UNIGRAPHICS NX 与外部应用程序之间的接口，它是一系列UNIGRAPHICSNX 提供的函数和过程的集合。它提供了比Grip更多的操作功能，包括建模、装配和有限元分析等。它支持C/C+语言，可以充分发挥C语言编译、运行效率高和功能强大的特点。同时这些API函数可以无缝地集成到C+程序中，并用强大的VisualC+集成环境进行编译。这样就可以充分利用Visual C+强大的功能和丰富的资源，包括MFC类库，使用面向对象的软件工程方法，优质高效地进行软件的开发。通过 CC+语言编程调用这些函数和过程可以实现如下功能： (1)对 UNIGRAPHICS NX 文件及相应模型进行 操作，包括 UNIGRAPHICS NX 模型的构建、编辑，装配体的建立、遍历，以及工程的创建等。 (2)在 UNIGRAPHICS NX 主界面中创建交互式程序界面。 (3)创建并使用用户定 义对象。UNIGRAPHICS NXOPE N A PI 中的这些函数和过程一般定义在$UNIGRAPHICS NX_BASE_DIRUNIGRAPHICS NXOPEN 目录下的头文件中，2.UNIGRAPHICS NXIPEN API 的主要应用 UNIGRAPHICS NXIPEN API 的主要应用有以下几个方面： (1) 用户化制定 CAD 环境。用户化制定 CAD 环境，主要包括：提供用户化CAD 规范；提供用户标准化件库；定制用户化 CAD 界面等。(2) 开发在 UNIGRAPHICS NX 软件平台上的用户专用软件。开发在UNIGRAPHICS NX 软件平台上的用户专用软件主要是指 UNIGRAPHICS NX 软件没有提供的及功能不能满足用户要求的一些用户专用软件，例如 CAPP 软件、DFA 软件、CADCAE 接口软件等。3.UNIGRAPHICS NXIPEN API 运行的环境 UNIGRAPHICS NXIPEN API 程序能在两种不同的环境(依赖于程序的连接方式)下运行： (1)内部（Internal）环境 Internal 环境(也叫开发模式)下的程序只能在 UNIGRAPHICS NX 的环境 (Session)中运行。它是经过编译、连接后得到的dll文件，程序代码小、连接速度快，运行结果在UNIGRAPHICS NX界面的图形窗口中可见，入口函数主要是ufusar或ufsta。运行在UG内部的API程序通过动态链接成为UG的一部分，并在可以与用户进行交互，实现与UG的无缝集成。 (2)External环境UNIGRAPHICS NXIPEN API程序的运行与UG的环境无关，只能在UG环境外运行UNIGRAPHICS NXIPEN API程序，在操作系统下单独运行，它作为操作系统的一个子进程存在，调用灵活，但不能与UG图形界面进行交互。因此运行的结果通常不能在UG图形界面中显示，所以应用较少，通常用于打印机、出图和数据管理。在调用访问UG格式数据的函数以前必须要打开UG的部件（part）文件。 2UNIGRAPHICS NX/OPEN GripUG/OpenGrip开发工具是一个UG内部开发语一言,用来创建满足需求的专用软件,与UG系统集成,具有通俗、易懂的特点。用户通过Grip语言编程能够自动完成在UG下进行参数化设计和绝大部分操作，如实体建模、工程制图、制造加工、系统参数控制、文件管理和图形修改等。Grip与一般语言一样，有完整的语法规则、程序结构和内部函数。Grip程序同样要经过编译、链接后，生成可执行程序才能运行。(l)、UG/OpenGrip进行编程的一般步骤:a编写源代码:利用文本编辑编写源代码,并以扩展名.grx存盘。b编译源程序:将源程序进行编译生成扩展名为.gri的编译文件。如果主程序中含有子程序,则两者要分别进行编译,链接时主程序自动对于程序进行链接。c链接程序:将扩展名为.gri的文件链接生成可执行的Grip文件,扩展名为.grX。d运行程序:链接生成的.grx文件,可以通过用户化的菜单或对话框调用,也可以通过UG的菜单项File一Exeeute一Gripl直接运行。(2)、UG/OpenGrip程序的组成一个Grip源程序是由一系列的Grip语句组成,一般来说,包括5个部分,每个部分都是用一组Grip命令。Grip源程序的5个部分如下:申明语句部分:主要是定义一些变量的属性;初始化语句部分:主要是给一些变量赋初始值交互语句部分;主要是一些GRIP程序与程序使用者交互命令语句,即询问或者让程序使用者来进行某些操作或者给定一些数值;过程处理语句部分,主要包括一些绘图命令以及输入、输出命令等;结束语句部分;以HALT标示符。3UNIGRAPHICS UG/OPenMenuscriPtUG/OpenMenuscriPt开发工具,是UG提供定制菜单的专用模块,可以生成自己的菜单,对UG标准菜单进行添加、重组、剪裁,也可以实现对UG某个菜单的编辑并生成自己的菜单。MenuscriPt支持UG主菜单和快速弹出式下拉菜单的修改,通过它可以改变UG菜单的布局、添加新的菜单项以执行用户二次开发程序。系统操作菜单界面采用UG/OPENMenuscriPt技术进行开发,应用MenuscriPt进行用户菜单定制主要有两种实现途径:(l)通过编辑纯文本的菜单脚本文件(*.men)创建,修改UG的主菜单及下拉菜单。(2)利用C/C+语言编程调用UG/OpenApl提供的MenuseriptApl函数及程序开发定制用户菜单。4UNIGRAPHICS NX/OPEN UIStylerUNIGRAPHICS NXOPEN UIStyler模块为客户 提供了方便使用的可 视 化制 作U NIGRAPHICS NX风格对话框的功能。还能所见即所得的方式生成对话框，系统还可以自动为对话框生成响应的C语言模板文件，使得开发对话框的应用变得简单、快捷，其功能如下: