工装设计校验及优化技术研究

陈兰新

贵阳万江航空机电有限公司 贵州 贵阳 550018

引言

从改革开放至今，我国社会经济与科学技术迅猛发展，在此背景下国内机械制造业的发展速度不断加快，在工装定位精度以及装夹稳定程度等方面，人们提出更高要求。为将工装设计校验精确性和技术水平提升到更高层次，应该通过应用信息技术实现优化目的，此为工件发展与时代进步的必经之路。

一、工装设计校验及优化系统的设计和实现

(一)系统功能模块的设计。针对工装设计校验以及优化技术，全面探析其系统性能与需求，通常可将两者的系统功能分为三个模块，一是工装设计，二是工装校验，三是工装资源管理。在此基础上，开展分析与探究工作。就工装设计而言，所设计的主要内容包括工装底板与工装垫块等。然后是工装校验，所检验的主要内容为工装设计合理与否，不仅通过一面两孔方式的应用对几何精度校验以及工装稳定性进行定位，而且合理评价工件表面最大变形。除此之外，从工装资源管理的角度来讲，往往以系统的不同资源为对象，在整合的同时加强管理，包括工装标件与工装仿真设备等。

(二)系统功能的实现

1.工装元件快速设计的实现。为针对工装元件，实现快速设计和校验，科学合理应用CAA，此为一项二次开发技术，提供方是CATIAV5软件。此软件一般应用两种形式，一种是工具条，另一种是菜单，由此在CATIA之中，实现对工装设计快速设计和检验需要组件的集成。根据工装元件快速设计模块实际情况来看，所包括的部分主要有底板设计和刀元件设计等，因此为实现此项功能，应该逐一实现各项子功能。以刀元件设计等为对象，为将其实现，可逐次选择装配点与具体元件等。

2.工装资源管理的实现。因为可以完美融合UG和NX Open两种技术开发软件，所以在本文中，通过UGNX所提供二次开发技术的应用，实现工装资源管理能力。将服务端确定为资源管理平台，组件库、用户自建库、仿真设备库以及工装实例库等构成了资源库，并且任何一个资源库都具有一个文件，用来储存资源库中的资源记录。用户在具体应用时，只需输入相关关键字，然后点击检索，便会在搜索结果列表中显示系统中全部与检索要求相符的记录。如果缺乏限定检索条件，那么系统会默认显示三项内容，一是专业名称，二是类别，三是代号。随便点击一个记录，便会在详细信息框内呈现关乎这一记录的详细信息，主要包括功能和代号等。不仅可以利用关键字进行搜索，也能够通过分类导航这一方式的应用完成查询，也就是按分类、专业分类与元件名称顺序，在资源库目录中逐步检索，从而发现相关工件或者是实际案例。

二、数控薄壁工件装夹变形

(一)工装结构影响装夹稳定性。在工件工装期间，一个十分重要的问题是装夹稳定性可否与设计标准相适应。因为各项因素的影响和约束，比如设计人员所具备的能力与技术等，现如今在判断工装加工稳定性方面存在较大难度，通常设计人员难以在第一时间观察到工装设计不稳定状况。在判断工件装夹稳定性时，应该考虑两方面的内容，一项为工装结构，另一项为加工切削点受力的实际状况。除此之外，还应该估算加紧点相互之间的距离，认真、详细检查各项性能和参数，主要包括夹紧布局均匀与否、支撑元件数目以及辅助支撑点是否充足等。通过相对模糊方法的应用，也就是以工件信息与定位布局等为切入点，探究工装结构对工件装夹稳定性所造成的影响[1]。由相关计算方法和公式可以看出，随着夹紧布局密度提高，支撑点最小距离平均值和夹紧点最小距离平均值等均逐步减小。由此可知，对于同类或是雷同工件而言，与模糊分析法相关的夹紧布局等对装夹稳定性所造成的影响较为相似。

(二)加工精度改进措施。因为切削参数密和加工精度以及工装等级息息相关，并且切削力受到切削厚度和速度的影响，因此以刀具路径为依据，对切削厚度加以改变，从而控制薄壁变形。与此同时，通过逆铣走刀的应用实施切削，能够在一定程度上强化工件加工精确性。要控制夹紧变形，应该以数控薄壁件的特征为依据，首先确保工装稳定性，然后使其始终处于变形临界值之中，同时以工装布局支撑点和夹紧点为对象，使两者相对应，进一步有效控制夹紧变形。

从工装设计优化角度来讲，相关设计者有效改进零件各方面，包括切削厚度、切削力以及刀具路径等[2]。因切削力的存在，在切削过程中极易对被加工零件产生严重影响，使其发生移动，进一步威胁切削加工精度。对此，应该通过真空吸附夹具的应用，并利用它和零件相互之间所产生的摩擦，由此减小甚至消除切削力，从而有效控制零件切削质量，为使零件在切削期间保持稳固状态提供重要保障。除此之外，为真正通过优化切削参数实现改进零件加工精度的目的，在切削过程中利用高速与小切削力这一加工方法。数控薄壁零件在改进之后，显著优化切削加工以及工装设计。而明显提高工装设计定位精确性、装夹稳定性等是最突出的表现。由此可知，为改进薄壁零件加工精确性，优化切削加工参数是一个非常有效的对策。

三、工装设计检验及优化技术的发展趋势

(一)提高知识化程度。根据当前CAFD系统的具体情况来看，大体局限在简单工件的组合工装设计，就复杂工件与工序的工装设计而言，其设计精度与结构设计均存在一定缺陷，仍旧需要长期探究专用工装设计。在目前大部分工装设计环节，扔欠缺对工艺知识的考虑，尚需加强对工装设计检验引进工艺知识的探究。。(二)提升自动化水平。现下，通过观察图形识别以及特征自动提取的具体情况可知，两者的自动化程度都相对较低，正因如此，在自动化程度方面，不论是夹紧点确定还是夹紧机构设计都有一定缺陷，为改进与完善此种状况，有必要加强人工干预，特别是工件特征识别，其难度更大。

(三)开发独立的CAFD系统。当前，相关关键的CAFD软件平台均呈现集成特征，一般集成于三维软件平台，比如UG与Solid Words等，现下成熟且独立于商用CAD软件的CAFD平台比较缺乏。通过目前既有CAD平台的应用实现了简化CAFD系统开发的目的，不过当前CAD软件的知识产权非常不利于平台商业推广[3]。而随着我国社会经济与科学技术的迅猛发展，制造业发展速度不断加快，日益提高对工装设计的重视程度，进一步将开发具有自主知识产权的CAFD系统提上日程，通过软件形式向工装设计人员呈现一系列设计理论与工艺知识。

结束语

综上所述，在本文中分析了工装设计校验及优化技术系统的功能设计和实现、数控薄壁工件装夹变形、发展趋势。影响工装设计校验和工装设计检验精确性等的因素十分多样，唯有通过科学有效应用定位方式，合理进行工装布局，才可以尽量减轻与控制各项因素产生的影响，从根本上提升工装设计校验精确性，并且才能使工件装夹稳定度与设计标准相符。总而言之，不管是在目前的机械制造行业中还是未来的机械制造行业中，工装设计校验及优化技术都是一个非常关键的课题。