基于Pro/E的组合夹具三维标准件库的建立

翁剑成，张 赟

（龙岩学院 物理与机电工程学院，龙岩 364102）

0 引言

随着科学技术的进步和现代化生产的发展，制造业特别是在机械制造业中，75%以上的企业都是单件小批或成批生产。同时产品更新换代的速度不断加快，行业内部和行业之间的竞争不断加剧，企业迫切需要一种先进的工艺装备来满足客户对产品的需求。组合夹具的使用缩短了生产准备周期，大大减少了夹具设计人员的工作量，节省了夹具制造工时和材料，降低了成本[1]。

1 元件编码结构

编码技术是从成组技术中的零件分类编码技术逐渐发展成熟的。在成组技术中，码的结构有三种形式：树式结构（分级结构），链式结构以及混合式结构。

虽然树式结构比较复杂，但它对夹具零部件的唯一性起到很好的识别作用，所以本文采用树式结构进行夹具零部件的编码。

根据《机床夹具设计手册》[2,3]，本文将机床夹具零部件分为10类：基础件、定位件、导向件、对刀块、对定件、夹紧件、键、支柱支脚角铁、操作件和其它件。其中夹具编码以F开头，零件编号以P为标识，部件编号以A为标识。零部件编码系统采用4组码位来表示夹具零部件。第一组代表夹具元件类别，占一个十进制码位，编号范围0～9；第二组代表元件类别的第一级分类，占一个十进制码位，编号范围0～9；第三组代表元件类别的第二级分类，占两个十进制码位，编号范围一般不超过15；第四组代表元件类别的第三级分类，占两个十进制码位，编码范围依元件的规格种类而定。另外，如果第二级分类后第三级分类之前零部件还有A、B型分类，则将A、B型号替换其中一个十进制码。例如：固定V形块的第三级编码为01，此类V形块还有A、B型之分，则视情况将第三级编码改为1A或1B。表1列出了基础件和定位件编码系统。

夹具零部件编码系统结构如图1所示。整个结构呈一个金字塔状，处于塔顶的是元件总称，根据夹具元件的作用分为10种元件类型，再根据形状和结构进行第一级和第二级两次分类，最后根据元件的尺寸规格确定唯一的零部件。

图1 夹具元件库结构

如标记为V形块24GB2208-80的零件，其编码为P140003。1表示元件类别是定位件，4表示定位件中的V形块，00表示V形块中的第一种，03表示第四个尺寸规格。

表1 基础件和定位件编码表

2 元件库创建方法

三维元件库的建立常用的方法有三种[4]：1)建立完整的三维标准件模型，即对每一标准件建立一个实体模型，然后将所有的标准件都存储在标准零件库中，在需要时直接调用。2)利用二次开发工具通过编程来实现三维标准件建模，对于每一系列的标准件，采用一个独立的子程序来实现，并通过参数化实现具体的标准件建模。3)采用参数化方法建立三维标准件模型，由于相同系列的标准件具有相同的拓扑结构和不同的尺寸参数，对同一系列的标准件就可以使用同一三维实体模型，不同的实际尺寸由存储在数据库中的参数表来提供。本文采用第三种方法来建立三维夹具元件库。

另外，Pro/E还为用户提供了丰富的二次开发工具。常用的有Program、族表(Family Table)、用户自定义特征(UDF)、J-Link和Pro/Toolkit。其中，族表和用户自定义特征这两个工具特别适用于标准件库的建立。

3 建模工具的应用

3.1 用户自定义特征（UDF）

用户自定义特征能将同一特征用于不同的零件上，或将若干个系统特征融合为一个自定义特征，使用时作为一个全局出现[5]。创建标准件时只需要将所需特征加载到基本几何体上，可方便快捷地创建标准件。

以通过插入T形槽，利用UDF创建简式方形基础板（标准号为JB3930.1）为例，首先创建零件模型，然后选择菜单【工具】中的【UDF库】，弹出UDF菜单管理器，选择【创建】，键入UDF名“T_slot”。在UDF选项中选择“单一的”，系统提示“是否包括参照零件？”，回答“是”。完成上述操作后，系统弹出UDF对话框和相应的菜单管理器，选取T形槽特征，之后为参照输入提示，单击【确定】和【完成/返回】，最后保存含有T形槽的零件模型，如图2所示。

图2 T形槽特征模型

创建好UDF模型后，接下来就可以把T形槽特征加载到基础板上形成我们需要的简式方形基础板了。首先，打开或者新建一个基础

板(180×180×30)，然后选择下拉菜单【插入】中的【用户定义特征】，打开先前建好的“t_slot.gph”文件，弹出 “插入用户定义的特征”对话框，如果要插入源模型（尺寸相同）应选择【使特征从属于UDF的尺寸】，如果要改变模型的特征尺寸应选择【高级参照配置】，该选项既可以按比例缩放模型又可以修改和重定义特征。【查看源模型】提供给用户创建UDF时的参照。选完UDF特征的参照之后，就能够看到T形槽特征已经加载到基础板上了。多次加载后便可以得到简式方形基础板，如图3所示。

图3 简式方形基础板模型

3.2 族表（Family Table）

族表可以方便地管理具有相同或相近结构的零件，特别适用于标准零件的管理[6]。由于每一类标准件有较多的种类，如V形块有固定V形块、调整V形块和活动V形块等分类。而每一种类型的V形块又存在不同的尺寸规格，如果机械地创建各种规格的零件，那将费时且浪费存储空间。通过创建族表，可根据原始模型开发各种规格的零件。整个族表通过电子表格来管理，所以又被称为表格驱动。

本文以普通V形块(GB 2208-8)族表的创建为例：

首先创建一个V形块模型，然后将其基本尺寸数值（长宽高），通过菜单【信息】中的【切换尺寸】，改为与设计手册上相应的尺寸代号，如图4所示。具体做法是：选中要修改的尺寸代号，右击该尺寸代号选择【属性】在“尺寸属性对话框”中【尺寸文本】更改。

图4 普通V形块模型

接着创建零件族表，选择【工具】菜单中的【族表】，弹出“族表”对话框，通过双击零件的四个主要尺寸参数：长、宽、高和V形块缺口的宽度，自动填入表中。另外选择菜单或工具增加表的行，添加8个实例，其尺寸数值按手册输入，参见图5将实例名改为“GB 2008-8_长_宽_高”的形式便于识别，单击【确定】按钮，完成族表的创建。

图5 添加完成的族表对话框

3.3 关系（Relations）

某些模型如齿轮，其分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆直径和齿轮的模数与齿数之间存在某种关系，利用关系建立这类模型很方便。

下面以建立直齿轮关系式为例，选择菜单【工具】中的【关系】，弹出“关系”对话框，将关系式添加到输入框中，如图6所示。添加完关系，点击【确定】并点击【编辑】中的【重生】或者点击工具按钮 ，添加的关系才会起到作用，使模型发生变化。

图6 Pro/E关系对话框

利用二次开发工具pro/toolkit和VC++对Pro/E进行二次开发，编写夹具元件库的浏览程序，效果如图7所示。

4 结论

图7 元件库浏览

参照夹具设计手册，利用成组技术对夹具零部件进行编码，能够对夹具零部件进行准确的标识。利用建模工具，可以满足用户对同一系列产品不同尺寸规格的要求。

[1] 李佰茹,常野.柔性制造系统中组合夹具的设计研究[J].组合机床与自动化加工技术,2005,(7):26-30.

[2] 东北重型机械学院,洛阳工学院,第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册[M].上海:上海科学技术出版社,1988.

[3] 徐鸿本.机床夹具设计手册[M].辽宁:辽宁科学技术出版社,2004.

[4] 王芳,高竞.机床夹具三维标准件库的研究与实现[J].西安工业学院学报,2005,25(4):349-352.

[5] 黄安怡,吴海涛.Pro/Engineer二次开发关键技术研究[J].中国水运,2006,6(10):112～113.

[6] 张沛颀.Pro/ENGINEER2001高级攻略[M].北京:人民邮出版社,2002.