数控加工组合夹具仿真设计应用研究

引言

　　长期以来，组合夹具的应用一直徘徊在实物拼装状态，既无零件装夹方案的夹具装配图，亦无组合夹具调用夹具基础件的设计文档。在生产现场，工艺人员、组合夹具装配人员和机床操作人员主要凭经验组装夹具。这不仅使生产准备时间长，机床利用率低，而且复杂零部件的装夹方案得不到很好的保留与合理利用。雷达产品系多品种小批量投产，产品更新换代较快，生产中时常出现复杂零件的装夹质量不稳定、装夹周期长、生产效率低等问题。快速进行工装生产准备，提高加工零件装夹质量和稳定性，提高机床有效利用率，已逐渐引起人们的关注。

　　数字化零件装夹仿真技术是在三维CAD软件设计平台上创建常用组合夹具标准件元件库、组合夹具典型装配结构组件库和开放型的典型零件装夹实例库。在此基础上，合理设计精密复杂零件的装夹方案，进行零件的虚拟装夹。数字化零件装夹仿真技术的应用

　　能够较好地扭转生产现场凭借操作人员工作经验拼装组合夹具的状况，保留零件装夹信息，提高数控加工精密零件装夹质量和装夹效率，提高数控加工工装准备反应能力。在某些复杂零件的数控加工中，它不仅能保证零件的装夹质量，提高零件的加工质量稳定性，还可大幅度缩短零件占用机床的装夹时间。该技术对提高雷达精密深腔薄壁壳体零件及传动系统精密支撑件数控加工的质量稳定性及批量生产能力具有技术保障作用，对提高机床利用率和加工效率起到积极的推动作用，而且还适应雷达产品多品种、少批量生产的需求。。

1 零件装夹仿真系统的基本组成

　　数字化数控加工零件装夹仿真系统的基本组成如图1所示。系统以CAD软件为平台，在数控编程环境下进行工装夹具快速设计。系统建有常用夹具标准件库、通用夹具组件结构库、典型零件装夹方案实例库、零件装夹仿真设计环境、零件装夹方案2D和3D展示平台以及仿真设计后组装夹具调用基础件清单。其作用是通过计算机载体先期进行精密数控加工零件柔性装夹仿真，获取优化的零件装夹方案，保证零件装夹质量，提高零件加工质量稳定性，提高数控加工工装准备反应能力，节省零件占机装夹时间，提高机床利用率和加工效率。

图1数字化零件柔性装夹仿真系统的组成

2 组合夹具数据库

　　在CAD软件设计平台上，采用基于元件族的参数化设计创建组合夹具标准件库H]，即通过参数化方式设计标准件基础夹具的三维几何模型，再利用元件族设计理念将同一系列标准件夹具按几何尺寸变化规律进行排序、分类、赋值，同一系列的标准件夹具只需创建一个几何模型。在装夹仿真时，可以在装配环节中对同一族类标准夹具按尺寸规格需求进行互换。如图2所示，基板夹具族的外形尺寸分别是400mm×320 mm、500 mm×400mm,630 mm×500 mm,800 mm×630 mm4种规格。

图2参数化设计的标准夹具元件 

　　根据夹具组件的使用频率，通过调用标准件库中的基础夹具，按相似性产品零件的加工方式(铣加工、车加工等)分类虚拟装配夹具组件，建立组合夹具基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件等通用夹具组件数据库，并实现通用夹具组件参数化设计，以此提高零件组合夹具仿真设计的效率和组合夹具装夹设计的标准化，如图3所示。

图3参数化设计的通用夹具组件 

　　梳理已有复杂零件装夹方案，分类创建典型零件装夹实例信息库。在进行相似零件的组合装夹仿真设计时，应借鉴成功的组合装夹设计实例，这不仅可保证相似零件装夹质量的可靠性，还能减少组合夹具仿真设计的时间和夹具生产现场安装调试的时间，从而提高零件的加工质量和合格率及数控加工设备的利用率。