基于SolidWorks的三维夹具设计

万宏强 姚敏茹 解卫斌 侯海贵

(西安工业大学机电工程学院，陕西西安710032)

机械制造业的设计制造水平，在很大程度上反映出企业工艺技术水平和制造能力的高低，直接影响着机械产品的加工质量、工人的劳动强度、生产效率和生产成本。夹具是工艺装备的一个重要组成部分，应用十分广泛，其设计与制造水平直接影响了产品生产准备周期和加工成本，因而越来越受到企业的关注［1］。

大量三维实体造型软件崛起，如Pro/E、UG、Solid-Works、Solidedge等，推动了设计领域的新革命。由于这些三维软件，不仅仅可创建三维实体模型，还可利用设计出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析、动态干涉检查、动力学分析、强度分析等，机床夹具设计也由原先的二维平面设计向着三维化、集成化、智能化和网络化方向发展，三维夹具CAD的开发受到了普遍关注，并取得了较快的进展［2］。

结合专用夹具设计的复杂性、高精度性等特点，采用了易学易懂的SolidWorks三维实体造型软件来实现设计过程。SolidWorks是完全基于 Windows的三维CAD/CAE/CAM软件。它采用与UG相同的底层图形核心Parasolid，具有强大的基于特征的参数化实体建模能力，然而要使SolidWorks软件真正为我国企业带来经济效益，必须使其国产化、专业化［3］。

1 机床夹具标准件库的创建

标准件在机械制造领域中大量存在，属于加工工艺装备的夹具中同样也广泛使用各种标准件，按照功能可分为:(1)定位零件与部件;(2)夹紧零件与部件;(3)其它夹紧元件;(4)导向零件与部件;(5)对刀零件;(6)对定零件与部件;(7)键;(8)支承用零部件;(9)操作件;(10)其它零件。

夹具设计要求设计者尽量选用标准化、系列化的元件以提高效率，降低成本。针对此特点，利用Solid-Works提供的系列零件设计表功能，建立夹具设计所需的标准件库［4］。

1.1 机床夹具标准件参数数据库

Access是一种关系性数据库系统，使用简单方便，通用性好，且便于与VC程序连接。利用Access软件建立标准件数据库，其中每种类型夹具不同规格的尺寸构成一个数据文件，以供用SolidWorks生成一系列的三维模型。数据文件按照机床夹具标准中的数据建立，数据库的使用，不仅方便管理机床夹具零部件，而且便于数据的扩展［5］。

数据库中JB/T8034-1999的数据如表1所示。

1.2 螺钉的建模和模型库的建立

(1)分析零件

铰链支座(JB/T8034-1999)的二维图如图1所示，此零件为圆柱状零件，在建模时可考虑用“旋转”命令来生成模型，然后再切制螺纹，最后在其头部打孔并倒角。

(2)建模

进入SolidWorks软件，新建模型名称为铰链支座(JB/T8034-1999)。使用旋转、螺旋扫描、拉伸、倒角等命令完成整个铰链支座的建模如图2所示。

(3)零件的系列化

在铰链支座模型的文件夹里新建一个Excel表，并与模型命名一样。然后将数据库(表1)里的数据粘贴到Excel表里，删除与尺寸控制无关的“ID”列、“标准件模板”列、“极限偏差”列等，并修改尺寸命名。在SolidWorks里双击零件，会出现尺寸，把鼠标放到某一尺寸上会显示其特性。如图3，将“φ10”的尺寸名“D(大径)”保存为“D3@草图1”。同样把所有的尺寸名为Solid-Works默认的格式“xx@xx”，完成的Excel表如表2。

(4)子零件的分解

利用外挂程序进行零件的分解，可生成数据库中的全部子零件。

1.3 机床夹具标准件库的调用

机床夹具标准件库界面如图4所示。单击图标“二维示意图”可查看该标准件的二维工程图及其控制参数，单击图标“三维渲染图”可查看该标准件的三维图片。

在参数模块中浏览零件的尺寸规格参数，选中该栏，单击“确定”按钮就可调用该零件的三维模型，然后保存到自己建立的文件夹中以供装配使用。

2 非标准件的建模与装配

夹具中除了定位、夹紧、对刀、导向和连接元件等应用各种标准件外，还通常使用少量非标准专用件，其中最主要的零件是夹具体。夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等，所以一般最后确定其模型。一般专用夹具上所加工工件结构和工艺的特殊性，夹具体结构复杂、专用化程度高，此种夹具体只能够单独建模。

有部分夹具体的总体结构在一定程度上具有较大的相似性。此时可建立典型结构夹具体库，当设计某夹具体时，则从库中调出相似零件，并对某些特征、部位进行必要的修改和增删以便适用。

以加工车床离合齿轮的两个宽38 mm的槽为例，分析三维夹具设计过程。

2.1 夹具的定位

车床离合齿轮三维模型如图5所示。要加工2个宽38 mm的槽，就要实现完全定位。用台阶状心轴和花键轴套实现工件的完全定位。

2.2 夹具的夹紧

夹紧装置如图6所示。夹紧装置由螺母、带肩六角螺母、球面垫圈、弹簧、联动压板、活节螺栓、调节支承、铰链压板和球头支承等组成，各零件可以根据设计尺寸从“机床夹具标准件库”直接调用。安装工件时，松开带肩六角螺母，将压板后撤，将两工件装在定位套上，转动手把，使定位齿插入工件齿槽，将两压板的压紧面推至工件上方，拧紧带肩六角螺母，可使四个压紧点同时均匀受力，便可同时将两工件夹紧。

2.3 夹具的装配

装配是将多个相关零件组合成具有独特功能的产品的一道重要工序，任何零件在空间都有6个自由度，装配实质是限制零件自由度的过程，三维建模软件的出现使传统的产品设计发生了根本性变化［6］。

在设计装配体时，有两种方法中，自下而上设计，或自上而下设计。自下而上的设计方法，是首先生成单独零件，并将其插入空白装配体文件，然后，根据设计要求，在零部件之间建立一定的配合和约束关系，最终形成装配体。自上而下设计方法是从装配体中开始设计工作的［5］。图7所示为车床离合齿轮的铣夹具三维装配模型。其中，多个零件可以根据设计尺寸从“机床夹具标准件库”直接调用，减少了零件设计与建模时间，提高了设计效率。

3 结语

利用SolidWorks建立机床夹具标准件模型库和数据库的使用，将大大提高设计人员的工作效率，减少产品的开发周期，为企业创造更高的效益。同时使用标准件库调用标准件可以改善设计质量，能在最短的时间找到设计所需的标准件，减少了标准件的参数查找和绘图工作，提高了设计效率和质量，减少了设计错误。这样的设计方法在其他机械部件设计中具有普遍的应用意义和推广价值。

1 倪小丹，胡竞湘，胡争先等.基于SolidWorks的机床夹具通用零件库的建立［J］.湖南工程学院学报，2007，17(2):29 ～32

2 朱朝宽.应用SOLIDWORKS进行专用夹具设计［J］.渝州大学学报(自然科学版)，2002，19(1):25 ～27

3 陈显俊，符纯华，廖映华.基于Solidworks对夹具标准件快速建模的探索［J］.长江大学学报(自然科学版)，2008，5(4):315 ～316

4 阉春会，殷国富，陈佳等.基于SolidWorks的三维夹具CAD系统研究［J］.机械，2007，34(9):43 ～45

5 李大磊，王曙光.在SolidWorks平台上进行机床夹具定位元件二次开发［J］.制造技术与机床，2008(8):47～49

6 宫培毅，武晓光.三维软件Pro/ENGINEER在机床夹具设计中的应用［J］.新技术新工艺，2008(5):19～20