基于Solidworks的夾具設計

2016-08-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

傳統(tǒng)的夾具設計方式已成為企業(yè)中產(chǎn)品快速上市的瓶頸,企業(yè)迫切需要提高夾具設計的效率。通過調(diào)查、比較和分析各類CAD軟件在國內(nèi)的應用現(xiàn)狀,從開發(fā)的難易程度、可移植性、易維護性等方面考慮,選定以三維設計軟件Solidworks作為開發(fā)平臺,設計三爪卡盤夾具,并應用軟件較大的裝配功能對夾具進行虛擬裝配,使設計效率大大的提高,同時在Solidworks中建立的夾具設計思路在其他軟件中應用也是互通的。

夾具是工藝裝備的一個重要組成部分,應用十分廣泛,其設計與制造水平直接影響了產(chǎn)品生產(chǎn)準備周期和加工成本,因而越來越受到企業(yè)的關注。

在批量生產(chǎn)中,工件的裝夾是通過機床夾具來實現(xiàn)的。機床夾具是工藝系統(tǒng)的重要組成部分,它在生產(chǎn)中應用十分廣泛。大量三維實體造型軟件崛起,如Pro/E、UG、SolidWorks、Solidedge等,推動了設計領域的新革命。由于這些三維軟件,不僅僅可創(chuàng)建三維實體模型,還可利用設計出三維模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機構(gòu)分析、動態(tài)干涉檢查、動力學分析、強度分析等,機床夾具設計也由原先的二維平面設計向著三維化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展,三維夾具CAD的開發(fā)受到了普遍關注,并取得了較快的進展。

結(jié)合專用夾具設計的復雜性、高精度性等特點,采用了易學易懂的SolidWorks三維實體造型軟件來實現(xiàn)設計過程。SolidWorks是完全基于Windows的三維CAD/CAE/CAM軟件。它采用與UG相同的底層圖形核心Parasolid,具有強大的基于特征的參數(shù)化實體建模能力,然而要使SolidWorks軟件真正為我國企業(yè)帶來經(jīng)濟效益,必須使其國產(chǎn)化、專業(yè)化。

1 夾具的設計和發(fā)展方向

1.1 夾具概述

夾具是在切削加工中,用以準確地確定工件位置,并將其牢固地夾緊的工藝裝備。它的主要作用是:可靠的保證工件的加工精度,提高加工效率,減輕勞動強度,充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此,夾具在機械制造中占有重要的地位。

1.2 使用夾具的目的

一般來說,使用夾具的目的可以歸納為如下四個方面:

1)使用夾具可以穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量,使用夾具所能保證的是工件加工表面的位置精度。

2)使用夾具可以提高生產(chǎn)率。

3)使用夾具可以擴大機床的工藝范圍。

4)使用夾具可以改善操作者的勞動條件。

1.3 專用夾具及其設計要求

專用夾具是指僅僅適用于某一工件的一道或數(shù)道工序的加工而專門設計的夾具。當工件結(jié)構(gòu)變更或工序內(nèi)容變更時,都可能使此夾具失去應用價值。由于這類夾具不需要考慮其通用性,所以夾具結(jié)構(gòu)可以設計得較簡單、緊湊,且定位結(jié)構(gòu)的精度可以提高,還可以采用各種省力、傳力機構(gòu),使操作快捷、方便。采用專用夾具,可以得到較高的定位精度和較高的生產(chǎn)效率。

專用夾具的設計應滿足以下要求:

1)保證工件的加工精度。專用夾具應有合理的定位方案,標注合適的尺寸、公差和技術要求,并進行必要的精度分析,確保夾具能滿足工件的加工精度要求。

2)提高生產(chǎn)效率。應根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小設計不同復雜程度的高效夾具,以縮短輔助時間,提高生產(chǎn)效率。

3)工藝性好。專用夾具的結(jié)構(gòu)應簡單、合理,便于加工、裝配、檢驗和維修。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)。當最終精度由調(diào)整或修配保證時,夾具上應設置調(diào)整或修配結(jié)構(gòu),如設置適當?shù)恼{(diào)整間隙,采用可修磨的墊片等。

4)使用性好。專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠,排屑應方便,必要時可設置排屑機構(gòu)。

5)經(jīng)濟性好。除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡單、標準化程度高、成本低廉外,還應根據(jù)生產(chǎn)綱領對夾具方案進行必要的經(jīng)濟分析,以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。

1.4 機床夾具的發(fā)展方向

1)功能柔性化。

2)結(jié)構(gòu)標準化、模塊化。

3)精密化。

4)高效、自動化。

2 Solidwork概述

2.1 Solidworks的介紹

在眾多的三維CAD軟件中,solidworks一直以其優(yōu)良的性能,不斷創(chuàng)新的技術成為CAD市場上最活躍的3D軟件之一。

solidworks軟件是面向產(chǎn)品級的機械設計工具,它全面采用非全約束的特征建模技術,為設計師提供了極強的設計靈活性。其設計過程的全相關性,使得設計師可以在設計過程的任何階段修改設計,同時牽動相關部分的改變。

在裝配設計,特別是大型裝配的情形下,solidworks設計了具有獨創(chuàng)性的“封套”功能,分塊處理復雜裝配體。裝配設計中的“產(chǎn)品配置功能”,為用戶設計不同“構(gòu)型”的產(chǎn)品提供了解決方案,同時為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實施打下了堅實的基礎。

2.2 SolidWorks軟件的特點

1)第一個在Windows操作系統(tǒng)下開發(fā)的CAD軟件采用Windows系列,與Windows系統(tǒng)全兼容,是Windows的OLE/2產(chǎn)品。

2)菜單少,使用直觀、簡單,界面友好。SolidWorks一共只有60幾個命令,其余所有命令與Windows命令是相同的;下拉菜單一般只有二層,圖形菜單設計簡單明快,非常形象化,一看即知。系統(tǒng)的所有參數(shù)設置全部集中在一個選項(option)中,容易查找和設置。動態(tài)引導具有智能化,一般情況下無須用戶去修改。特征樹獨具特色,實體及光源均可在特征樹中找到,操作特征非常方便。裝配約束所有的概念非常簡單且容易理解。實體的建模和裝配完全符合自然的三維世界。對實體的放大、縮小和旋轉(zhuǎn)等操作全部是透明命令,可以在任何命令過程中使用,實體的選取非常容易、方便。 3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口豐富,轉(zhuǎn)換成功率高。SolidWorks支持的標準有:IGES、DXF、DWG、SAT(ACSI)、STEP、STL、ASC或二進制的VDAFS(VDA,汽車工業(yè)專用)、VRML、Parasolid等,且與CATIA、Pro/Engineer、UG、MDT、Inventor等設有專用接口。SolidWorks與I-DEAS、ANSYS、Pro/Engineer、AutoCAD等之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換均非常成功、流暢。

4)獨特的配置功能。SolidWorks允許建立一個零件而有幾個不同的配置(Configuration),這對于通用件或形狀相似零件的設計,可大大節(jié)約時間。

5)特征管理器。特征管理器(PropertyManager)是SolidWorks的獨特技術,在不占用繪圖區(qū)空間的情況下,實現(xiàn)對零件的操縱、拖曳等操作。

6)自上而下的裝配體設計技術(top-to-down)。目前只有SolidWorks提供自上而下的裝配體設計技術,它可使設計者在設計零件、毛坯件時于零件間捕捉設計關系,在裝配體內(nèi)設計新零件、編輯已有零件。

7)比例縮放技術?？梢越o模具零件在X、Y、Z方向給定不同的收縮而得到模具型腔或型芯。

8)曲面設計工具。用SolidWorks,設計者可以創(chuàng)造出非常復雜的曲面,如:由兩個或多個模具曲面混合成復雜的分型面。設計者亦可裁減曲面、延長曲面、倒圓角及縫合曲面。

3 Solidworks軟件在三維夾具設計中的應用

SolidWorks提供了一個先進的設計環(huán)境,在其中可通過直接圖形操作來創(chuàng)建和改變模型。構(gòu)建的所有模型都包含基本的結(jié)構(gòu)屬性:特征、零件、組件。特征包括基準、拉伸、孔、倒圓角、倒角、曲面特征、切口、陣列、掃描等。一個零件可包含多個特征。通過選取對象,然后選擇工具對該對象進行操作。在SolidWorks參數(shù)化環(huán)境下可以對已建立的夾具零部件隨意進行修改,大大提高了設計效率。

自頂向下設計方法用于設計歷經(jīng)頻繁設計修改的產(chǎn)品。由底向上設計是用戶從元件級開始分析產(chǎn)品,然后向上設計到主組件。此方法適用于設計相似產(chǎn)品或不需要進行頻繁修改的產(chǎn)品。在工裝設計中,與產(chǎn)品零件直接發(fā)生關系或相互之間影響尺寸、形狀、位置關系的非標件的建立要采用自頂向下設計,而標準件可通過從底向上的設計方法加入到裝配中來。通過在機床夾具的設計過程中充分應用solidworks軟件進行三維建模與裝配設計,能直觀、準確地反映零、組件的形狀和裝配關系,使設計中的修改編輯更加可靠、快速,解決了二維軟件設計容易出現(xiàn)的裝配干涉、圖形與實際尺寸不符等問題。不僅提高了機床夾具設計質(zhì)量和水平,而且還縮短了夾具的設計制造周期,為企業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品提供了有力的保障,從而為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟利益。

4 結(jié)論

本文主要是利用Solidworks軟件用于機床夾具輔助設計,建立了通用機床夾具標準件庫,數(shù)據(jù)庫和模型庫,給基于Solidworks軟件的計算機輔助三維夾具設計人員提供了技術支持,在一定程度上減少了夾具標準件的參數(shù)查找和繪圖工作,并能提高夾具設計,制造和裝配效率,減少重復勞動。機床夾具三維模型的應用提高了企業(yè)和企業(yè)之間的圖像信息交流的速度和效率,這樣的設計方法在其它機構(gòu)設計中具有普遍的應用意義和推廣價值。需要夾具模型和設計教程的可以關注我們:

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