夹具设计的综合方法

夹具设计的综合方法
本文的方法是来执行一个综合方面的进程夹具设计规划的建议。将分三个阶段对夹具的设计活动方法来进行展开。这三个阶段包括设计前分析（第一阶段），功能分析（第二阶段），和生产率的提高（第三阶段）。在第一阶段，是对产品设计信息，研究和初步夹具设计方面的开发。在第二阶段，夹紧和定位夹具的设计是针对给定的初始过程的顺序和信息对产品进行设计。第三阶段涉及到研究如何提高生产力，包括使用同时加工，使用专用夹具等方法。
1.引言
（CIM）是一个在计算机领域的经过的广泛研究，最终开发出涉及集成制造以及具有开发工艺规划能力的系统。一般而言，过程规划是函数在生产设施中产生规定的程序，通过机器以及它们各自的参数进行指定转换，从最初的原材料到最终的产品的过程（常，1991年）。计算机辅助工艺设计系统（CAPP）寻求通过规划内的监测环境功能的变化将这个过程自动化。通常情况下，进程计划包含以下信息：进程选择，工艺序列。每个选定的过程都包括夹具设计，工具选择，相关费用以及合理的流程。除了工艺选择外，对装置的设计也是一个重要的组成部分。（常，1991年）。
对于机床来说，夹具的基本功能是正确定位，因为夹紧手段，可以在加工过程中减少的偏转，这样就可以给机床的正确定位提供足够的支持。
1.1研究的动机和目标
夹具设计在CAD / CAM仍然是一个缺失的环节（Hari，1990）。该研究的大部分工作是为了了解工艺规划对夹具设计的影响。通过Hari的观察，在一个现有的CAPP系统的局限性是缺乏集成夹具设计。很少有人企图研究一个综合夹具设计系统。CAPP系统活动的设计和操作对选择夹具设计机制的程序规划非常重要，因为这两项活动的信息，影响了夹具设计的质量。产品的设计标准如规定公差与几何尺寸对夹具和机械的安装以及整体设计都有直接的影响。夹具的设计能力，进而影响其他生产能力。例如，夹具设计将影响其他工序，包括夹具装配/检查，夹具的一部分将被装备在机械手或者其他执行件上，还需避免与机床的规定轨道重合，以避免发生碰撞的发生。因此，在任何的CIM系统中，夹具的设计是规划过程中重要一环，它对产品的设计和制造能力起到协调作用（见图1）。
这里有必要制定一个综合的方法来支持先进的夹具设计，因为夹具设计能够在未来的制造业中起至关重要的作用。
集成的方法，就是本文的重点，它可以使夹具设计系统成为一个灵活的，同时包含一个CAPP系统，可自行生成的具有相互协调能力的CIM系统。
2. 相关工作
最初的工作，自动夹具的设计主要涉及与提供交互式的具体夹紧，定位和支撑点的方法，然后把在所需位置的夹具元件构造出来。(Ingrand和Latombe, 1980; Markus et al., 1984; Miller 和Hannam, 1985).运动学分析一直是许多焦点研究的工作方法(Mani 和 Wilson, 1988; Chou etal., 1989; Menassa 和DeVries, 1989)。

近年人工智能（AI）的使用方法以及夹具设计专家系统的应用已成为流行（Nee 1987 chang， 1990）。Markus等首先使用了以分支和约束为基本策略的方法，（1984）去配置一套夹具元件。一直以来研究人员总是从CAD零件几何信息库中去模拟夹具元件。Sakurai (1990) Bidanda 和 Cohen (1990) 的工作性质都是属于这一类范畴。Ferreira 和 Liu（1988）描述了一种以规则为基础而以产生的机械加工工件为方向的设置系统。其他的研究工作，都是以自动化夹具设计为方向的，包括Gandhi 和 Thompson (1987)， Boerma and Kals （1988）以及Dong 等 (1994)。许多其他夹具的设计方法已通过文献被报道，包括Pham 等 (1989) 和Nee 等(1991)。
3 . 输入所需
夹具的设计任务的输入如下：
（1）产品设计数据，包括CAD的几何模型（拓扑和尺寸信息）的公差，材料和表面粗糙度。
（2）加工操作顺序产生特定产品的参考。
（3）原料（如形状，尺寸，材料）。
（4）产品的数量。
（5）产品在机床上的操作执行等。
最初的第一步是获取所需的产品前期的数据。该产品设计数据（几何拓扑结构，包括尺寸和形状），主要可从CAD模块中读取。每个产品要求的公差和表面粗糙度等更多细节跟根据CAD模型找到相关的数据。也可以提供加工操作顺序和执行机器金属切除。产品的数量和切削余量，可从系统中读出。
夹具设计方法的功能是工人能在车间里进行生产夹具。在车间中主要通过非数控以及数控机床对金属进行清拆处理。清拆金属主要包括铣削，钻孔，扩孔，镗，磨。
制作部分的CAD数据可以通过生产制造的一系列步骤中得到，并且从制造业的角度进行评价和加以描述。普遍的几何特征可代表指定的尺寸和位置精度的几何实体。这些精度可能会无法实现一个单一的制造行动，因而有形成生产操作原语的必要性。这种制造业务原语被称为制造业实体（Hari，1993年）。
4.第二阶段活动
基于产品开发，操作和分析阶段的考虑，夹具设计考虑大纲的初步研究产生了第二阶段。第二阶段的任务主要集中在确定定位和夹紧的工序上，其次是选择一个适当的定位面，最初的试探性程序和加工序列作为出发点以用来确定定位和夹紧的工件点。由于第二阶段和三是反复，但它们之间的反馈链接。因此，任何在第三阶段的安装配置都会影响夹具在第二阶段的设计要求。

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