基于NX的夹具设计系统的研究与开发

张越强

摘要：夹具设计系统作为CAD系统的重要分支，也随着经济的发展，得到了广泛应用。市场需求使产品的设计周期越来越短，很多设计生产型企业为满足市场需求，运用新夹具设计方法，使夹具设计质量与生产效率对产品的生产具有重要作用。因此夹具设计系统应运而生。本文主要论述了夹具的概念、组成及分类、夹具的设计步骤、夹具设计系统的构建方法。

关键词：基于NX；夹具设计系统；研究与开发

引言

伴随世界经济的迅猛发展，企业之间的竞争越来越激烈，迅速满足客户的个性化产品需求，对企业来说变得更加重要。很多企业为满足客户的需求，逐渐重视对制造业具有重要作用的夹具设计，夹具设计水平的高低决定了其所加工成品的加工效率与加工质量。对于我国目前的工业化水平，夹具设计周期占产品生产准备周期的很大比例，夹具的设计质量和设计效率对产品设计生产周期具有较大限制性作用，市场的千变万化使企业对夹具设计和制造的要求不断提高，良好的夹具设计系统在保证产品质量、高效生产产品、低成本制造产品方面具有促进作用，它方便工人掌握复杂产品或精密产品的加工技术，运用夹具设计系统是使产品以最短时间迅速占领市场的重要措施之一。

1.夹具的概念、组成及分类

夹具是一种机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。夹具的各元件将所运用的刀具、机床及工件组合为一个整体，按照各元件在夹具上作用的不同，可以把夹具元件分成夹紧机构、定位装置、安装装置几个重要组成部分。夹具可以分为焊接夹具、机床夹具、装配夹具、热处理夹具及检验夹具。以常见的机床夹具为例子，机床夹具是加工机械产品过程中按照工艺要求，可以在机床上固定及夹紧刀具、工件，方便机械加工的辅助性装置。夹具能够使工件根据产品工艺要求做出准确定位，并把产品固定与确定位置，确保工件加工符合设计要求。夹具能够提升产品生产效率，确保工件定位精度，改善工人的操作条件，扩大机床应用范围。夹具主要有定位装置、安装装置、夹紧机构、刀具元件及夹具体组成。机床夹具有很多种分类方式：根据其动力源可以分为气动夹具、手动夹具及液压夹具；根据其使用特征可以分为专用夹具、普通夹具、组合夹具及可调节夹具；根据运用的机床可以分为磨床夹具、镗床夹具、铣床夹具、钻床夹具及车床夹具。

2.夹具的设计步骤

设计夹具第一步要先明确其工艺要求与生产条件，研究与收集有关资料，例如：装配图、毛坯图等，再分析零部件结构特征及作用，归纳工件技术要求，掌握毛坯精度与材料，掌握零件切削用量与工序安排，了解使用机设备性能参数、掌握要运用量具、刀具及对应的用刀方法；第二步要制定结构建设方案，充分做好第一步中的各项准备工作后，需要拟定夹具结构方案，具体要先确定加工对象定位方法，选取用于定位的元件，确定夹具安装方法与装夹方案，选定装夹元件、夹紧装置，制定装夹方案与夹紧方法，确定夹具体整体结构；第三步，绘制草图，具体好绘制夹具总布置图、确定技术要求及尺寸公差等。

3.夹具设计系统的构建

夹具设计系统的零件库可以替代大量繁琐重复的工作，大大降低夹具设计工作量，使设计人员能够专心研究夹具创新工作，夹具设计系统使夹具的制造、设计及校验充分结合到一起，突破以往传统设计制造程序，优化设计方案，快速完成夹具设计工作。夹具设计系统可以分成四个部分，分别是夹具元件的选择和设计、夹具编码系统、夹具完成后的处理、夹具组装。夹具编码系统运用人机对话窗口将零件信息与夹具信息输入进去，运用数据处理获得夹具编码，进而搜索到对应的夹具。夹具组装是按照夹具所选择的元件及夹具组装规则组装能够满足设计要求的夹具。夹具元件的选择和设计是用零件族与参数化的方法选取夹具上的其他零部件。夹具处理是把设计好或组装好的夹具进行夹紧力计算或精度分析，当夹具满足设计要求后再把夹具或设计模块放入夹具库或零件库中。夹具设计系统设计思路是了解夹具传统设计法与夹具模块化设计思路前提下形成的。模块化设计指把具有特殊功能组件进行规范化，让它们成为不同模块，进而在设计夹具过程中可以灵活的组装，变成夹具的关键组成部分。模块主要有总成模块、部件模块和零件模块三级。每种模块都有区别与其他模块的标识代码。夹具系统中非常重要的组成部分之一是分类编码系统，编码系统是夹具设计规范化的关键技术手段，它在工厂设计、制造管理编码技术方面具有重要意义。本文所讲的编码方法是根据子类别码、类别码及参数码划分的。设计夹具所耗用的总时间里，标准件设计会占用很大一部分，所以要快速完成夹具设计工作，一定要构建夹具标准件库。零件库通常都是根据国家标准而建立的，零件画法、结构、标记及尺寸都要根据国家标准进行绘制。建立夹具零件库要全面考虑现代夹具设计的标准件库要求，运用NX软件的建模方案构建夹具标准件。构建标准件的常用方法主要有表达式的电子表格法、用户定义向导、宏技术建立零件库。信息知识库能够代替夹具设计要运用的工具手册，并获得一些新的夹具设计经验，知识信息库通常有知识库与信息库两部分。知识库就是设计夹具过程中要用到的各类手册，信息苦苦库就像是设计夹具总结的经验。知识信息库能够满足夹具设计对信息与知识的需求。夹具设计子系统由知识信息库与夹具零件库组成。子系统中所含有的各库具有紧密练习，该系统主要是把夹具设计和知识信息紧密联系到一起，给操作者设计夹具提供指导。具体要先分析工艺要求与零件图纸，然后结合信息知识库中的信息选取定位元件、定位方式，在确定夹紧处的夹紧机构，最后选取元件库的元件。

4.系统功能的研究与实现

系统运用当下比较流行的NX软件作为开发基础，运用NX的CAE、CAM部分构建了夹具校验子系统，运用NX的三维建模方法建立三维夹具库、全息零件库，系统开发中运用了NX 的二次开发工具使开发出的操作界面与 NX 传统界面一致，系统开发过程中运用了微软的VC++等软件、ACCESS 桌面数据库，采用OPEN/UG和特征建模结合的办法构建标准件库。ACCESS 桌面数据库具有完备的数据库管理功能，可以有效组织数据，管理用户，并进行安全检查。与此同时，夹具信息知识库给设计者提供有效的知识信息和丰富的设计经验，给夹具可靠、高效的设计提供支持。因为夹具设计系统大量的运用成熟技术，所以，大大地缩短了系统的开发周期。

5.结束语

夹具是一种特殊产品，夹具的设计、生产和安装均需要设计人员具有丰富知识、较高的设计技巧。隨着经济的飞速发展，未来的夹具设计系统会向系列化、精密化、高效化方向发展，如何快速设计夹具设计系统已经成为夹具设计新的研究方向，本文基于NX的夹具设计正是这种方向的体现。

参考文献：

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