毕业设计（论文）基于Solid Works组合夹具CAD的研究.doc

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1、(镐京学院西安校区)毕 业 论 文题目： 基于Solid Works组合夹具CAD的研究 学 生： 学 号： 院 （系）： 机电工程学院 专 业：机械设计制造及自动化 指导教师： 2012 年 6 月 5日基于Solid Works组合夹具CAD的研究摘 要 随着数控机床的广泛应用，组合夹具在企业中应用越来越广泛。组合夹具设计效率和设计质量对产品的上市时间和质量的影响越来越大，同时企业在长期的组合夹具设计过程中积累了丰富的设计经验，迫切需要一种高效可行的方法来重复利用这些已有的设计经验以提高组合夹具设计的质量和效率。本文针对本课题所提出的一些基本要求，对组合夹具CAD做出了有力的探索.对基于C

2、AD Solid Works软件的组合夹具参数化设计，基于成组技术的组合夹具管理系统的建立以及通过Solid Works软件实现组合夹具的组装做了详细的讨论和研究。关键词：组合夹具CAD，Solid Works，参数化设计Modular fixture CAD Research Based on Solid WorksABSTRACTAlong with the comprehensive application of the numerical control machine tools,modular fixtures are more and more adopted by manufa

3、cturing corporations.Thus,the efficiency and quality of modular fixture design plays a more and more important role in improving product quality and shorten its time coming into market.Meanwhile,manufacturing corporations have accumulated abundant fixture designexperiences in the long time of practi

4、ce, and an available and effective method is needed urgently to be established by using the valuable knowledge in order to improve modular fixture designing level.This article has made the powerful exploration to modular fixtures CAD in connection with some essential requirements which proposed in v

5、iew of this topic. In the area of modular fixtures parameterization design based on Solid Works softwares, modular fixtures management systems establishment based on Group Technology and implementation of the modular fixturess assembly, this article has made the detailed discussion and the researchK

6、EY WORDS: modular fixtures CAD, Solid Works, parameterization design目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 夹具11.1.1 夹具的一般概念11.1.2 夹具设计的基本要求21.1.3 机床夹具的分类21.1.4 柔性夹具31.1.5 组合夹具31.2 课题的来源及意义51.2.1 课题背景及主要内容51.2.2 国内外对组合夹具CAD的研究61.2.3 课题的意义82 组合夹具元件库的建立102.1 引言102.2 三维建模技术概述.102.2.1 特征技术概要.10 2.2.2 参数化建模.112.2.3 变量

7、化造型理论.112.2.4 实体建模.112.3 组合夹具元件几何建模常用方法122.4 组合夹具元件几何建模的关键技术 132.4.1 组合夹具元件的自动几何建模原理132.4.2 基于Solidworks配置技术的组合夹具参数化设计142.4.3 基于特征的夹具元件库的建立162.4.4 建立组合夹具元件库模板172.5 通过VB接口的SolidWorks API简介192.6 组合夹具元件信息模型203 基于成组技术的组合夹具管理系统223.1 成组技术简介223.2 组合夹具管理系统的基本结构233.2.1 组合夹具数据库233.2.2 组合夹具参数库253.2.3 加工车间人员信息库

8、结构263.2.4 借用263.2.5 维护系统273.3 组合夹具管理系统在SolidWorks上运行283.3.1 宏程序283.3.2 文件的存入和具管理加入283.4 结论284 组合夹具的装配与设计294.1 引言294.2 组合夹具的设计过程294.3 工件定位方法和组合夹具元件种类选择304.3.1 定位基准的选择原则304.3.2 定位方法及夹具元件种类选择314.4 夹紧结构334.5通过SolidWorks软件组合夹具元件装配操作方法354.5.1 向装配图中添加和删除零件354.5.2零件在装配图中的定位364.5.3 SolidWorks装配设计方法374.5.4 So

9、lidWorks零件装配方法374.5.5 替换装配图中零件394.5.6 炸开图操作394.5.7 自定义视角404.6 制作装配图414.6.1 自动生成工程图414.6.2 制作自己的工程图414.6.3 制作装配视图414.7 组合夹具组装实例434.7.1 生成立体装配图444.7.2 生成组合夹具装配图454.7.3 向组合夹具管理数据库添加新组合夹具信息454.7.4 组合夹具实例存储策略455 SolidWorks软件在夹具设计中的应用475.1 极好的关联性475.2 强大的标准件库485.3 良好的可重复使用性485.4 方便的输出工程图496 结 论51致 谢52参 考

10、文 献531 绪论夹具，尤其是机床夹具，在机械制造业中应用很广。由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工过程中保持它们之间的正确相对位置。随着制造业的发展，对产品的要求越来越个性化，使得产品更新换代周期越来越短，多品种小批量已成为当今制造业的主流。组合夹具是由各种标准化功能元件组成的积木式夹具。组合夹具以柔性好、组装时间快、可重新组装和局部调整等特点在新产品试制、多品种小批量轮番生产特别是数控加工中得到了广泛的应用成批生产中代替专用夹具率达30%左右，也有高达50%的，大批生产也在工具、机修和试制车间中得到使用。使用组合夹具可节约夹具

11、设计制造工时和材料（相对专用夹具），提高劳动生产率（相对钳工划线加工），缩短生产准备周期80%以上；保证产品质量，解决技术关键；生产中时常由于夹具设计制造不良，造成加工零件的报废，组合夹具因其可以重新组装和局部调整，即使出现上述报废的情况，也完全可以补救；另外可以解决中小型企业因技术力量薄弱，工艺装备的设计生产能力不足的问题，提高企业的工艺装备系数。当前，一个以微电子技术为标志的新的工业革命浪潮正在席卷全球，产品加速更新换代，国内外机电产品竞争空前激烈；为了迅速“上品种，上质量，上水平，和提高经济效益”，组合夹具在制造业中发挥着重要的作用。从国际上生产技术发展趋势来看，数控技术（NC），柔性制

12、造系统(FMS)，计算机集成生产(CIM)将日益成为常用的生产方式，而组合夹具恰恰正是适合这类生产的柔性工艺装备。此外，组合夹具技术还逾越出机床夹具这一范畴，而渗透到各种工艺过程中，形成了组合工艺装备这一新概念，例如，组合冲模，组合量仪等，正处于蓬勃发展之中，业已成为机械制造业中工艺装备的主要发展方向之一。与之相适应的NC机床也得到了迅速发展。组合夹具以其柔性好、组装时间快和可重复使用等特点在数控加工中得到了广泛应用，所以对夹具特别是组合夹具的计算机辅助设计的研究显得尤为重要。组合夹具计算机辅助设计系统的产生使组合夹具实现了虚拟拼装，克服了人工组装造成的速度慢等特点，达到提高生产效率、减轻劳动

13、强度的目的。本文基于Solid Works实现了组合夹具构件库建模，组合夹具管理，以及组合夹具的装配。1.1 夹具1.1.1 夹具的一般概念夹具广泛用于各种制造工序中，用以将工件定位并牢固地夹持在一定的位置，以便按照产品设计规定完成要求的制造过程。为了将工件可靠定位，经常用定位件和支承件与工件表面相接触，以限制工件包括移动和旋转在内的六个自由度，用夹紧来抵消切削力，以保证工件牢固定位。传统夹具以专用夹具为代表主要有四种功能：定位、夹紧、导向和对刀。1.1.2 夹具设计的基本要求对夹具的基本要求就是将工件定位并牢固地夹持在一定的位置，并在机床工作上有一定的方位。其次还有满足其它要求，如保证夹具的

14、生产率(如容易装卸工件，采用半自动或自动夹紧装置，容易排除切屑等)，操作简单并安全(如对贵重工件采用防误功能的元件)，减少薄壁件变形的专门设计，有所降低成本(优先选用标准元件，及夹具材料选用和制造工艺拟定)等。因此夹具设计是一个复杂的过程。在手工夹具设计中，取决了夹具设计者对这些基本原理的应用和工作经验，从夹具设计人员的经验中收集和表达这些知识是夹具CAD系统中的关键之一。 生产批量大小通常是取决于装夹方法和夹具结构的重要因素，大量生产中特别强调高效装夹，以提高生产率和经济效益，所以广泛使用专用夹具，多采用能快速装卸工件和自动夹紧的装置，对推动制造系统的自动化作出很大贡献。存在的主要问题是缺乏

15、柔性和需要很长的设计制造周期，一旦修改产品设计，有关的专用夹具就不能再使用而报废。面对今天的大批量生产工业，其某些部件结构(形状和尺寸)的多样化，需要在一定范围具有一定柔性的夹具。1.1.3 机床夹具的分类单件小批生产，因为要制造几何形状和加工要求多种多样的零件，夹具的柔性就变得十分重要，需要设计制造时间短而同时又更经济的夹具。常采用通用夹具，可调整夹具和组合夹具等。 随着的计算机辅助设计制造技术(CAD/CAM)发展，制造业愈来愈多的使用计算机数控(CNC )机床和加工中心，组成柔性制造单元(FMC).使用CNC机床，产品修改设计时，只要变更NC程序加工工艺就能随之变化。而NC程序借助计算机

16、CAM系统花一天或数个小时就能完成修改，刀具是高度标准化的可随时从市场购买。如果使用通用夹具或不使用柔性夹具，FMS就不能实现真正柔性，所以在FMS和CIMS中迫切需要柔性夹具。CNC机床具有很大柔性和高度自动化，所的传统夹具的4种功能，即定位、夹紧、定向和对刀，由NC系统的准确控制和精密机床传动中小磨合和零间隙的实际，以及利用传统转塔车床工艺中钻孔方法，不用导向钻套也可取得较高的位置精度。此外，编程可以决定刀具的正确位置，而且加工中心还具备触头和测量功能，铣刀对刀轻而易举地得到解决。其次，一次安装下的多工步加工，不同加工部位之间的尺寸公差和位置误差都由机床替夹具保证。所以，CNC机床上使用的

17、夹具只需具备定位和夹紧两种类，有利于夹具CAD系统实现。1.1.4 柔性夹具一般来说，柔性夹具指用夹具系统装夹定位在形状与尺寸上有所变化的多种工件。工件变化可在小范围，即在形状和尺寸变化不大的范围；也可大范围，即零件形状完全不同，尺寸变化也很大，所以柔性概念是模糊的。笼统的说，就指与NC机床加工中心配合使用的，具有加工多种不同工件能力的夹具。自20世纪80年代后，柔性夹具研究开发主要是原理和结构均有创新和传统夹具创新两大方向发展，表11为现代柔性夹具的工作原理和分类简表。表中原理和结构均有创新柔性夹具如:相变和伪相变式，适应性夹具，模块化程度控制式，仿生抓夹式等正处于研究阶段，有许多问题尚待解

18、决。如相变升降温引起工件热变形对精度的影响，伪相变材料夹紧力不大，适应性夹具适应范围小，模块化程序控制式夹具结构太复杂，成本过高，而柔性有限，不容易在生产中普及。因此，到目前为止，尚没有找到结构上、经济上、实用性能与传统夹具中柔性的一些夹具相匹敌的新型夹具。 传统夹具创新有可调整夹具和组合夹具。可调整夹具由于现代生产己经由按库存生产改成按定单生产，和产品种类市场需求的不确定性，不容易组织成组生产，而是可调整钻模的应用日益减少，因而可调整夹具的应用受到限制，组合夹具利用孔系和槽系相结合，其柔性更好，成为现代柔性夹具的主流。表11 柔性夹具原理方法及分类表分 类柔性工作原理种 类组合夹具标准元件的

19、机械装配槽系、孔系可调整夹具在通用或专用夹具基础上更换元件和调整元件位置通用、专用模块化程序控制式夹具用伺服控制机构变动元件的位置双转台回转式可移动拇指式适应性夹具将定位元件或夹紧元件分解成更小的元素以适应工件的连续变化涡轮叶片式弯曲长轴式相变材料夹具材料物理性质的变化真相变材料夹具伪相变材料流态床夹具仿生抓夹式夹具形状记忆合金机器人终端器夹具1.1.5 组合夹具此类夹具也正是本文主要研究的对象。在长期的生产实践中，人们对可调整夹具、成组夹具进行了分析和总结，从而产生了将所有夹具元件都变成可调换的标准件，按搭积木的方法组成各种夹具的设想。机械制造业和修理业使用的夹具，从专用到通用化、标准化方向

20、发展，逐步形成了现在的组合夹具。组合夹具由一套预先准备好的各种不同形状，不同规格尺寸的标准元件与合件组成，可根据工件形状和工序要求装配成各种所需要的机床夹具（这个装配过程称为组装）。组合夹具根据标准化、模块化的原理，在夹具和组件完全标准化的基础上，由一套预先制造好的标准元件和合件，针对不同元件组合和装配成各种专用夹具。一旦使用完毕后，可将夹具再拆散成元件和合件，如此不断重复使用，可用于试制、单件小批生产、也可用于成批生产。在夹具用完之后，将夹具拆开，经过清洗、油封后存放起来，需要时再重新组装成其他夹具。它具有精度高、组装快、节省投资、和灵活多变的特点。由于组合夹具适用性强，容易掌握，从而适应了

21、产品更新换代的要求。一次性投资于组合夹具，其元件能够长期使用，并能确保产品的加工质量和经济效益，因此，在国内外各工业部门中迅速得到推广和应用。由此可见，组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想，又符合节约资源的原则，更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向。组合夹具的元件按用途的不同分为八大类，即：基础支撑件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、其他件和合件。组合夹具按尺寸大小分为三个系列，以T型槽的宽度为标准进行划分，槽宽8毫米为小型，槽宽12毫米为中型槽宽16毫米为大型，一般每套组合夹具包括2000件左右的元件，可以同时组装150-200套夹具。组合夹

22、具的元件可多次重复使用。元件是由优质钢、工具钢（如12CrNi3A、8CrNiTi、T8A、T12A等）制成，并经热处理保证一定硬度要求。各元件工件表面一般均按二级精度制造，钻模板和镗孔支撑的孔为一级精度，基础件上个表面的垂直度和平行度偏差不大于0.01/100毫米，大部分元件的工作表面的光洁度为810.由此可见，组合夹具的组装如同搭“积木”一样它与专用夹具比较，除了在元件的结构、材料、技术要求等方面的差别外，在装配方面还有如下特点：组合夹具中各个固定元件之间用定位键定位并由螺钉紧固，根据元件的大小和对夹具刚度的要求，组装时可取用二个、三个甚至更多的键定位。而专用夹具是用定位销定位、螺钉压紧，

23、定位销的量一般为两个。组装组合夹具时，各定位元件之间以及定位元件与导向元件之间的位置由测量、调整的方法保证，而在专用夹具中，一般是由精密加工的零件直接保证，在装配过程中检验、调整的工作量要的多。组合夹具中每个钻模板只能安装一个钻套，因而对孔距较近和孔数较多的工件须分别用几套夹具进行加工，或者专门制造特殊的钻模板。组合夹具的元件可以多用途，反复使用、灵活多变。a.组合夹具的适用范围表12 各系列组合夹具的使用范围组合夹具元件系列可加工的工件最大轮廓尺寸（mm）主要用途6mm系列8mm系列500250250仪表制造行业的小型零件12mm系列15001000500中型零件16mm系列50025001

24、000大型零件 (1)生产类型:最适合品种多、产品变化快、新产品试制和小批量的轮番生产。成批生产中代替专用夹具率可达30%左右，也有高达50%的。大批生产也可在工具、机修和试制车间中使用组合夹具。(2)设备和工艺方法:各类机床、数控机床、焊接、装配和检验夹具及模拟试验机。其中以车床和钻床夹具最多。(3)加工工件的位置精度:组合夹具元件精度一般为IT67级，工件的位置精度一般可达工T8-9级，通过精选元件和精心调整，也可达到工T67级的精度。(4)各系列组合夹具的适用范围:见表12。但通过熟练的组装技术，可用小尺寸系列的元件组装加工更大尺寸的组合夹具；通过过渡元件可把不同系列的组合夹具元件共同组

25、装在一套组合夹具上，以减轻组合夹具尺寸和重量。b.组合夹具的经济效果 (1)节约夹具设计制造工时和材料(相对专用夹具)，提高劳动生产率(相对钳工划线加工)。 (2)提高中小型企业的工艺装备系数:中小型企业技术力量较薄弱，工艺装备的设计生产能力不足。 (3)缩短生产准备周期:缩短80%以上。 (4)保证产品质量，解决技术关键。生产中时常由于夹具设计制造不良，造成加工零件的报废。组合夹具具有可以重新组装和局部调整的特点，即使出现上述的报废情况，也完全可以补救。1.2 课题的来源及意义1.2.1 课题背景及主要内容 随着制造业中越来越多计算机数控系统机床和加工中心的使用，产品的开发更趋向于广泛的多品

26、种和小批量。由于产品的生产周期越来越短，制造厂商更加意识到以数控机床为基础的现代柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元（FMC）,需要一种性能可靠、装配时间短和灵活快速的夹具，并最终实现自动组装。因此，作为柔性夹具的组合夹具在机械制造的各个行业中逐步获得推广和广泛应用，一跃成为当代柔性夹具的主流。为此本文提出基于Solid Works软件，研究开发出一套组合夹具CAD系统。主要的工作是建立组合夹具元件库，组合夹具查询管理系统，组合夹具的装配与设计，SolidWorks软件在其设计中的应用。课题的主要内容：a.组合夹具元件库的建立,通过分析某品种组合夹具元件结构，确定结构参数，利用excel建立参

27、数表，自动生成不同的规格。实际应用中可根据购买的元件规格增加相应参数即可添加新元件库。b.利用成组技术，按零件定位，夹紧方式对组合夹具进行分类，简单了解组合夹具管理数据库。c.建立了统一的组合夹具对象装配模型，创建了组合夹具对象装配规则，引入了组合夹具分层次装配策略和有效路径装配策略。d.在对组合夹具实例结构分析的基础上，采用了基于典型实例的组合夹具设计方法。e. 基于Solid Works软件在其设计中的应用及其所达到的效果。1.2.2 国内外对组合夹具CAD的研究 传统的组合夹具人工组装设计存在着工人劳动强度大、设计周期长等种种弊端。随着工业生产中数控机床和加工中心的更广泛应用，以及CAD

28、、CAM等集成系统的发展，此问题就变得日益严峻，因此组合夹具计算机辅助设计的研究就成了时代的需要。国内外的研究大致可以分为两个阶段：（1） 完全人机交互式组装系统的研究与开发阶段。（2） 将人工智能引入组装系统的阶段。因这两个阶段在时间上有很大的交叉性，故分别从国内外的研究历程来分析一下。近十几年国内对夹具CAD系统的开发：20世纪80年代中期，中国航空技术进出口公司应欧洲客户要求。设计了一套二维计算机组装软件，揭开了我国开发夹具CAD系统的帷幕。从20世纪80年代中期开始，我国先后有十余所高校对组合夹具CAD系统做了探索，以下是北京机械工业学院研究开发的几个系统：BMFCAD1.0槽系组合夹

29、具CAD。用于加工中心上M12槽系组合夹具设计，运行于十六位微机和DOS操作系统下。此系统有一个带有夹具和工艺信息的编码系统、，编码作为输入信息用作检索和选择相似夹具。系统向设计人员提供组装结构思路，并自动生成清单。BMFCAD2.0智能槽系组合夹具CAD系统，此系统是在BMFCAD1.0版本基础上嵌入了一个组装专家系统，是基于成组技术的相似夹具的变异式系统，用AutoCAD和DBASE作为支持软件。组装专家系统的主要功能为组装定位、夹紧方案设计和基础件选择。KXMFSAD孔系组合夹具CAD系统。系统也是给予成组技术（GT）的检索变异式，可以和CAD和CAPP集成，具有夹紧力校验功能。KXMF

30、SAD系统运行与32位工作站和UNIX操作系统下，系统中由图形支撑软件所产生的夹具装配图事二维图形。虽然二维图形价格便宜、应用成熟、接口方便和数据量小，但难以自动消隐，对较复杂的夹具图，组装人员读图困难。另外华东船舶学院开发的计算机辅助组合夹具组装设计软件包采用了计算机绘图法和检索法相组合的方法。河北工业大学开发的组合夹具计算机辅助设计设计软件包MFS CAD R5.0版已在实际中得到了很好的应用。国外研究开发计算机辅助夹具设计系统的情况：前苏联早在20世纪70年代一些专家就开始夹具CAD的研究工作。由于所用计算机软件落后，使发展受到很大限制。20世纪80年代美国、欧洲不少学者和公司投入这一工

31、作，其中美国密执安大学与1987年研制成功的CADMFS系统就很具有代表性。国际上的这些研究主要是在夹具结构自动布局的理论与方法，夹具设计专家系统，CAPP中增加夹具规划功能和实用化夹具CAD系统的开发等。在夹具结构自动布局的理论和方法方面，Amy J.C.Trappey用空间投影技术法简化了工件总体形状的表示，然后用几何推理的方法，通过PSOE一套立体网络搜索的策略得到夹具的布局。Y.C.Chou对夹具中非回转体零件所受切削力、定位力矩和夹紧力矩等用一线性规划模型表示，然后按照螺旋理论来校验其平衡，从而得出合理的夹具布局。在夹具设计专家系统方面，A.Markus等设计出了一个用Prolog语

32、言为箱体类零件装配组合夹具的MODBUILD系统。这个系统运行时需要技术人员决定工件的定位、夹紧方案作为系统的输入，MODBUILD系统就能做出夹具装配图的设计。A.R.Darvishi和K.F.Gill建造了夹具设计的专家系统知识库。先用现有知识构造知识库的框架，然后逐步扩大。以此知识库为基础的专家系统能产生夹具元件图，用于显示加工零件简单的装配图。这些夹具设计方法大都沿用了CAPP的方法，即变异式和创成式。变异式即应用成组技术的原理，由新零件检索现有类型相似夹具，按新零件的技术要求对已检索出的夹具进行修改，最后由绘图机输出夹具装配图，创成式是根据输入信息，系统能或多或少地部分生成夹具装配图

33、，在较少的交互方式下完成设计。但创成式仍停留在原始阶段，离实用尚有不少的距离，因此两者结合的智能化系统是目前研究者颇感兴趣的问题。专家系统是目前夹具智能化常用的方法。在组合夹具计算机辅助构型方面，很多学者已经应用传统专家系统技术如基于规划的系统进行了研究，然而由于这种技术的缺陷，已经阻碍了该领域的发展，主要表现为以下几个方面：应用炸设计方面的复杂知识很难简化为一定的规则，这些规则是从以往相似的例子中归纳总结出来的，然而，利用这些基于规则的系统很难解决设计中的复杂问题；专家系统不能很清楚的表达领域的知识；对于以规则性知识为基础的专家系统来说，知识的获取还是一个难题。当前组合夹具CAD研究开发中存

34、在的问题有:自动化夹具设计系统的功能是有限的，许多复杂夹具设计仍需人的干涉;现有CAFD系统作为商品化CAD软件包，在屏幕上操作几何形费时，所以进一步开发交互式组合夹具CAD系统，对工业应用是有价值的。1.2.3 课题的意义夹具的设计制造在机械制造生产准备工作中占有重要的地位，它的设计与制造质量对保证产品质量有决定性影响，其设计与制造的周期在整个生产准备中最长，实际决定着整个生产准备周期的关键。通过调研我们注意到夹具设计有以下的特点： 夹具设计中尽量采用标准件和常用件设计人员在进行夹具设计时，尽量选用标准件和通用件进行设计，若每次设计人员都需要重新对这些零件进行造型，设计人员必须要做许多重复性

35、的劳动。 夹具设计是一个高度依赖经验的设计问题设计师在构思工作的夹具设计方案时，往往根据个人的设计制造经验将新工件的结构特征、制造特征与已有工件的结构特征和制造特征相比较，根据这些特征的相似性找出与新工件最为相似的工件及它的装夹规划方案和夹具元件，经过调整来获得新夹具的设计，很少是从头做起的。针对这两个特点，本课题着重研究并充分利用已有的夹具设计经验，将参数化设计应用到设计中，以进一步缩短工装设计周期提高夹具的设计质量，并应用数据库管理、计算机图形学、成组技术，参数化技术为用户提供一个良好的设计环境，将标准件、通用件以及以往的设计经验存储在计算机中辅助设计人员进行夹具设计，将大大提高设计人员的

36、效率，减轻他们的劳动强度，因此，本课题是具有先进性和实用价值的。Solid Works是美国Solid Works公司基于Windows平台开发的著名的全参数化三维实体造型软件，它具有强大的零件设计、钣金设计、管理设计、绘制二维图、支持异地协同工作等功能。它可以实现由三维实体造型向二维工程图的转化，能够使零件设计、装配设计和工程图保持全时间的相关和同步。同时Solid Works具有良好的开放性和兼容性。它不仅可以向下兼容二维AutoCAD，使得以前采用AutoCAD软件进行的设计得以继续使用和转化，同时还可以与许多其他专业软件（如有限元分析软件Ansys、数据加工软件Cam works、数据

37、管理系统 Smar Teams三维实体设计软件UG、Pro/E等）无缝集成为功能十分强大的CAD/CAE/CAM/PDM系统完全能胜任大型工程与产品的设计、分析、制造和数据管理。目前，各类用户不仅在应用Solid Works的强大功能进行各类专业设计，同时也在不断探索Solid Works的二次开发技术，从而力求扩展Solid Works的功能并使用用户化、专业化。在机械行业中，许多机械零件的形状结构具有共同特征，只是相对大小或特征上存在一定的差异，如果能够通过一个模板模型衍生出不同的模型，就会大大提高设计效率。参数化设计是将系列化、通用化和标准化的定型产品中随产品规格不同而变化的参数用相应的

38、变量代替，通过对变量的修改，从而实现同类结构机械零件设计的参数化。参数化造型的基本思想是用数值约束、几何约束和方程约束来说明产品模型的形状特征，从而得到一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。参数化实体造型的关键是几何模型的构建。Solid Works提供了非全约束的参数化设计主要通过两种方法实现：一是利用哎内嵌的Excel工作表中制定参数，创建多个不同配置的零件或装配体;二是利用编程语言作为开发工具，对Solid Works进行二次开发，用程序实现参数化设计。该组合夹具系统借助Solid Works的参数化特征造型功能，建立组合夹具元件库及其装配与设计;借助成组技术按组合夹具定位，夹紧方法进

39、行初步分类和管理，为企业提供一种实用的组合夹具CAD系统，促进组合夹具的应用和技术交流，为CAD/CAM集成提供有效接口。2 组合夹具元件库的建立2.1 引言组合夹具设计过程是将分散的组合夹具元件按照一定的规律组装成符合工艺要求的夹具的过程。组合夹具元件是组合夹具设计的基础。目前绝大多数CAD系统软件，比如 UG、CATIA、Pro/E、Solid Works等，虽然提供了一些常用的标准件库，但是都没有提供面向组合夹具设计的参数化、用户可方便自扩充的元件库和构件库。这样，对于组合夹具设计人员，就常常因为没有组合夹具元件库和构件库，而要进行很多不必要的重复绘图工作，大大降低了设计人员的工作效率。

40、因此在CAD系统上建立一套用户自己维护的参数化的组合夹具元件库和构件库可以满足组合夹具设计人员快速设计的需要。 本章研究的元件库以 CAD软件Solid Works为平台。Solid Works支持多种格式的 CAD文件转换，在Solid Works建立夹具元件库和构件库，就可以通过相应的文件格式转换实现其他CAD系统的文件，从而可以达到满足其它CAD系统调用的目的。2.2 三维建模技术概述2.2.1 特征技术概要三维建模系统分为自由建模和CAD建模两大类。目前CAD建模的主流技术是特征技术。特征（feature）来源于制造工程应用。在如何确定CAD造型基本方法的过程中，有一种很重要的推动力量

41、，即计算机集成制造技术-CIMIS。这个概念来自1978年一个美国博士生论文。然后这个概念成为制造领域信息化和自动化技术开展的基本风向标。在CIMIS提出之前，制造领域已经开始信息化进程，但是由于各个职能部门的行为方式和价值取向的差异，导致了在信息化过程中各自为战的状况，即所谓的“自动化孤岛”。世界上许多知名的制造企业虽然花费大量资金用于办公、设计和制造的自动化，但是由于缺乏统一的信息共享和行为协同机制，虽然各个部门内部的自动化程度和工作效能提高很多，但整体运行效果不佳， CIMIS就是针对这种状况，提出在信息共享和行为协同等方面改进和指导企业信息化的方式， CAD作为产品创新的工具系统，其生

42、成的 CAD模型是企业产品开发生产的基本数据依据，因此CAD成为信息共享和行为协同产品的核心。而要在产品全生命周期实现信息共享，突破由于部门分割造成的认知差异， CAD模型必须具备广泛的工程语义信息。2.2.2 参数化建模1.实现参数化设计系统的核心技术是：1）构造设计对象的参数化模型2）建立参数驱动机制2.参数化方法是产品模型修改和变形设计的需要，是设计自动化的所采用的关键技术之一。3.非参数化建模器和参数化建模的主要区别在于：在非参数化建模器中，几何图形控制尺寸，尺寸只是对形状的测量，由于形状固定，后续不能再进行参数驱动变更；在参数化建模器中，尺寸控制几何图形。尺寸不仅仅只是对形状测量的一

43、个结果，更是一个驱动参数。通改变尺寸的数值，能够决定另部件更新后的形状。4.基于特征的参数化建模十分有利于设计意图的实现。在设计的初始阶段，对于尺寸不是敏感的，必然要通过后期大量的实验或者设计验证才能得到一个精确的模型，这期间对原始模型需要进行大量的修改。基于特征的参数化建模，允许设计人员返回到以前的步骤编辑草图或者修改尺寸，这种思路正符合设计人员原本的思考方法。5.传统的参数化建模中草图必须是完全定义的，但是在1997年SDRC在它的IDEAS系统中推出变量化技术，变量化技术是将没有明确定义的草图尺寸当作变量存储起来，暂时以当前的绘制尺寸复值，这样不影响草图生成特征，以及以后的装配工作。2.

44、2.3 变量化造型理论传统的参数化建模中草图必须是完全定义的，但是在1997年SDRC在它的IDEAS系统中推出变量化技术，变量化技术是将没有明确定义的草图尺寸当作变量存储起来，暂时以当前的绘制尺寸赋值，这样不影响草图生成特征，以及以后的装配工作。变量化技术与参数化技术的区别在于变量化技术可以支持几何实体之间的几何约束关系的描述，因此在变量化技术中，可以通过尺寸和几何约束共同完成草图的约束和定义，几何约束较尺寸约束更加直观，更加富有工程意义。2.2.4 实体建模1. “实体模型”有别于传统的2D绘图或者3D曲面CAD模型，因为实体模型是对象的集合，而每个对象又都是独立的主体。实体包含有关信息，

45、能标识具有质量的独立对象，即实体是具有质量的，而现框、曲面均无质量；同时，实体具有“内部”和“外部”。2. 实体建模的优点是可以确定材料的特性。 CAD系统的数据库存储着当前零部件的结构、特征，通过计算即可获得大量实体特征参数，例如总质量。内部体积等。3. 采用实体建模还能执行很多其他的功能，如有限元分析、动力学分析等。2.3 组合夹具元件几何建模常用方法 目前采用Solid Works 平台实现参数化设计的方法有两大类。第一类是采用基Solid Works软件进行二次开发的方法实现，既可以采用宏技术，利用宏通过内部编程操作 Solid Works对象，然后利用VC/VB 等语言编程实现参数化

46、设计;也可以采用尺寸驱动技术，利用尺寸驱动原理，采用外部编程实现Solid Works 对象的操作，进行参数化设计。第二类是灵活应用Solid Works软件本身的强大功能，实现参数化设计。这两种参数化设计方法各有千秋，软件二次开发的 方法对零件特征提取的要求相对较低，软件功能强大，使用方便，效率高，对操作者的水平要求不高，但是软件开发工作量大，软件修改维护不便。采用 Solid Works软件本身的功能实现参数化设计时，对操作者的水平要求较高，对零件特征提取要求高，使用比较方便，不需要软件开发，非常便于修改、维 护和扩展。组合夹具构件库和夹具实例库建立的基础是组合夹具元件库，因此首先分析一下组合夹具元件库的建立方法。对于几何特征的自动建模，三维 CAD软件一般都为用户提供了下述三种开发方法： 1系列零件设计表技术 系列零件设计表，在一些系统中又被称为簇表。它为一个系列的零件提供关键的驱动数据。这种技术一般是由三维CAD软件本身提供的。对于一个模板文件，如果要生成系列零件设计表，则必须在模板中定义想要生成配置的名称，指定要控制的参数，并为每个参数分配数值。以下是生成系列零件设计表的两种方法： 1）作为一个独立的操作，在 Excel中生成系列零件设计表工作表。保存此工作表，然后将其插入模型文件以生成配置；2）在模型中插入一个新的、空