基于Solidworks的夾具設計

2016-08-26 by:CAE仿真在線來源:互聯網

傳統的夾具設計方式已成為企業中產品快速上市的瓶頸,企業迫切需要提高夾具設計的效率。通過調查、比較和分析各類CAD軟件在國內的應用現狀,從開發的難易程度、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品生產準備周期和加工成本,因而越來越受到企業的關注。

在批量生產中,工件的裝夾是通過機床夾具來實現的。機床夾具是工藝系統的重要組成部分,它在生產中應用十分廣泛。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干涉檢查、機構分析、動態干涉檢查、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、智能化和網絡化方向發展,三維夾具CAD的開發受到了普遍關注,并取得了較快的進展。

結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化實體建模能力,然而要使SolidWorks軟件真正為我國企業帶來經濟效益,必須使其國產化、專業化。

1 夾具的設計和發展方向

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)使用夾具可以穩定地保證工件的加工質量,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道工序的加工而專門設計的夾具。當工件結構變更或工序內容變更時,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,所以夾具結構可以設計得較簡單、緊湊,且定位結構的精度可以提高,還可以采用各種省力、傳力機構,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)提高生產效率。應根據工件生產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,提高生產效率。

3)工藝性好。專用夾具的結構應簡單、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。當最終精度由調整或修配保證時,夾具上應設置調整或修配結構,如設置適當的調整間隙,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。

5)經濟性好。除考慮專用夾具本身結構簡單、標準化程度高、成本低廉外,還應根據生產綱領對夾具方案進行必要的經濟分析,以提高夾具在生產中的經濟效益。

1.4 機床夾具的發展方向

1)功能柔性化。

2)結構標準化、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一直以其優良的性能,不斷創新的技術成為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設計了具有獨創性的“封套”功能,分塊處理復雜裝配體。裝配設計中的“產品配置功能”,為用戶設計不同“構型”的產品提供了解決方案,同時為產品數據管理系統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操作系統下開發的CAD軟件采用Windows系列,與Windows系統全兼容,是Windows的OLE/2產品。

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。系統的所有參數設置全部集中在一個選項(option)中,容易查找和設置。動態引導具有智能化,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)數據轉換接口豐富,轉換成功率高。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等之間的數據轉換均非常成功、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,在不占用繪圖區空間的情況下,實現對零件的操縱、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,在裝配體內設計新零件、編輯已有零件。

7)比例縮放技術。可以給模具零件在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境,在其中可通過直接圖形操作來創建和改變模型。構建的所有模型都包含基本的結構屬性: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參數化環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頻繁設計修改的產品。由底向上設計是用戶從元件級開始分析產品,然后向上設計到主組件。此方法適用于設計相似產品或不需要進行頻繁修改的產品。在工裝設計中,與產品零件直接發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量和水平,而且還縮短了夾具的設計制造周期,為企業生產高質量的產品提供了有力的保障,從而為企業帶來良好的經濟利益。

4 結論

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,數據庫和模型庫,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和企業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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