摘 要：計算機輔助夾具設計技術(shù)是一種先進(jìn)的生產(chǎn)制造技術(shù)，擁有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展空間。該設計系統的開(kāi)發(fā)和應用在一定程度上說(shuō)是一種計算機技術(shù)。它通過(guò)夾具模型來(lái)編碼實(shí)例系統，進(jìn)行開(kāi)發(fā)和設計。本研究通過(guò)對夾具內容和特點(diǎn)的分析， 針對目前計算機輔助夾具設計技術(shù)研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步探討，對該夾具設計系統的開(kāi)發(fā)提出具體的方案措施。
關(guān)鍵詞：計算機輔助；夾具設計；基于實(shí)例的設計
0 前言
夾具設計是現代工業(yè)的一種新型工業(yè)設計，夾具的開(kāi)發(fā)和研制周期將決定產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，也決定了企業(yè)的高科技發(fā)展狀況，畢竟科技是第一生產(chǎn)力，高科技可以為生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提供方便和利益。使用計算機技術(shù)輔助開(kāi)發(fā)夾具，可以提高夾具的設計質(zhì)量，使的設計資源共享和智能化的程度得到提高。在信息的處理和使用方面都高度數字化，為夾具設計技術(shù)領(lǐng)域提供技術(shù)支持。
1 CAFD技術(shù)概述
夾具設計過(guò)程包括信息輸入，設計決策，夾具設計評價(jià)校驗和夾具設計結果輸出。輸入信息的內容包括零件信息和零件加工工藝信息，設計決策包括以下五個(gè)方面：輸入信息分析、選擇定位基準、選擇定位/夾緊方法、選擇和設計定位/夾緊裝置及機構、夾具結構設計。夾具設計評價(jià)和校驗的內容包括：綜合性能評價(jià)、剛度計算、夾緊力校核、刀具干涉校驗。夾具輸出設計則需夾具三維裝配圖、夾具元件明細表、夾具管理信息。計算機輔助夾具設計系統的研制和開(kāi)發(fā)是直接從零件CADCIAPP集成環(huán)境中獲取工件信息， 將讀取的信息作為夾具設計的已知條件進(jìn)行夾具的計算機輔助設計與分析， 以實(shí)現夾具的自動(dòng)設計。計算機輔助夾具設計系統一般被分為工件裝夾規劃，夾具方案設計，夾具結構設計，夾具性能評價(jià)。
2 計算機輔助夾具設計系統的發(fā)展現狀
2.1 國內外CAFD系統的發(fā)展現狀
目前對CAfD的研究可以分為交互式夾具CAD系統、基于成組技術(shù)和基于知識變異式和生成式系統、自動(dòng)化系統。交互式計算機輔助系統是用戶(hù)自身來(lái)決定定位點(diǎn)和元件。操作費時(shí)但很有意義。第二種系統建立了相對完善的專(zhuān)業(yè)知識庫，可以回答用戶(hù)的問(wèn)題并提供相應的解決方案。自動(dòng)化的系統可以能產(chǎn)生具體的夾具結構。國外開(kāi)發(fā)的部分系統主要有系統原理基于成組技術(shù)交互生成夾具裝配圖，W.Ma，Z.Lei，Y.Rong等人研制的計算機輔助標準夾具構型設計系統等技術(shù)都較為成熟。二十世紀八十年代我國也開(kāi)始了計算機輔助夾具設計系統的研究，黃永強、劉文劍、朱耀祥教授等人都對CAFD系統軟件進(jìn)行了相關(guān)的開(kāi)發(fā)和研究，取得了不錯的進(jìn)展。
2.2 目前 CAFD系統研究中存在的問(wèn)題
目前為止，越來(lái)越多的人們已經(jīng)發(fā)現了CAFD系統的在機械制造行業(yè)的重要作用，但是各項研究成果僅限于某個(gè)單項技術(shù)，缺乏實(shí)用性。雖然在學(xué)多專(zhuān)家學(xué)者的研究下已經(jīng)有了許多原型，但是同CAD、CAM、PDM、Msl等相關(guān)計算機輔助技術(shù)相比，差距很大。首先是知識的重復利用造成時(shí)間和資源的浪費，在設計師開(kāi)始設計新產(chǎn)品時(shí)使用技術(shù)數據、資料和工程經(jīng)驗不能及時(shí)有效的提取，使夾具開(kāi)發(fā)的效率低下。目前已有的夾具CAD系統中，對于CAFD與其它CAX系統的集成研究較少，所需的夾具設計信息需要靠人工輸入，有些系統雖然實(shí)現了集成，但集成程度較低或集成的方法復雜。夾具設計的基本立足點(diǎn)是降低成本和減少研發(fā)周期，因為夾具設計資源知識化程度低，所以影響了夾具設計的智能化程度。對設計人員的水平有較高的要求。
3 系統開(kāi)發(fā)方法初探
3.1 計算機輔助夾具設計系統需求分析
CAFD系統的總體目標是利用已有的資源數據庫，與高智能計算機應用結合，快速管理和設計夾具。通過(guò)該系統來(lái)實(shí)現夾具的三維設計，對夾具設計中用到的標準件、通用件、典型結構件等，建立圖形庫，快速輸出二維圖紙；建立歷史資料實(shí)例庫，實(shí)現系統設計的自動(dòng)化和智能化。最后要方便的實(shí)現夾具知識庫的擴充、維護和升級。
3.2 CAFD系統功能設計分析
功能設計包括五個(gè)方面：夾具設計模塊、、設計推理模塊、圖形管理模塊、知識管理模塊和系統接口模塊。零件形狀是設計夾具的基本信息，對于不同零件的表面信息和尺寸形狀要求要精確無(wú)誤，還要對材料進(jìn)行熱處理，在工藝布局的時(shí)候要考慮工藝類(lèi)型和機床信息。對于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品要進(jìn)行成本估價(jià)。加工表面的關(guān)鍵尺寸及其公差影響到夾具結構的復雜性，所以在精確度方面有很高的要求。分析與識別有一定裝夾特征的表面是夾具設計過(guò)程中定位的關(guān)鍵，可定位表面的表面粗糙度、公差、定位精度等都是可定位表面的裝夾特征。表面之間的相互關(guān)系都是十分重要的，平行或垂直，距離的遠近， 空間的方位和距離， 對夾具精度分析與校核很有用的。
3.3 夾具模型的構建
夾具設計是一個(gè)高度依賴(lài)經(jīng)驗的設計過(guò)程，設計師往往需要找出與新夾具最為相似的模型進(jìn)行調整來(lái)獲得新夾具的設計。產(chǎn)品信息建模是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重中之重，對夾具設計的信息需求進(jìn)行整合，首先是產(chǎn)品的結構模型：結構物料清單、結構分類(lèi)、產(chǎn)品結構樹(shù)等來(lái)表達產(chǎn)品結構。將創(chuàng )建過(guò)程、數據、表格、功能、網(wǎng)絡(luò )地址等輸入產(chǎn)品之中，幾何模型的創(chuàng )建也尤為重要，如產(chǎn)品的線(xiàn)框模型、表面模型、實(shí)體模型，用點(diǎn)、線(xiàn)、面的集合來(lái)表達產(chǎn)品的空間體形信息。還要對產(chǎn)品的功能特征，形狀特征等進(jìn)行數據化的處理。集成產(chǎn)品模型是完整意義上的產(chǎn)品信息模型，它是對幾何模型、特征模型及其相應建模技術(shù)的進(jìn)一步綜合和擴展。夾具信息模型不僅僅是圖形的繪制，更包括了許多的動(dòng)態(tài)信息，所以?shī)A具設計是一個(gè)變換、漸增和進(jìn)化的過(guò)程，演化的過(guò)程中伴隨著(zhù)基于知識的特征變換和模型協(xié)調。
4 結束語(yǔ)
夾具是一種工藝化程度很高的裝備，用現代科技來(lái)進(jìn)行相應的設計開(kāi)發(fā)可以提高生產(chǎn)效率，滿(mǎn)足不同的工藝要求，減少人力資源的浪費。計算機輔助夾具設計技術(shù)的復雜性和應用性決定了該項技術(shù)潛在的巨大的市場(chǎng)價(jià)值，本研究通過(guò)對CAFD技術(shù)概述的闡釋和對國內外CAFD系統的發(fā)展現狀以及現階段的問(wèn)題進(jìn)行分析，將計算機輔助夾具設計系統需求、CAFD系統架構、CAFD系統功能設計、夾具模型的構建都進(jìn)行了具體的闡釋和分析，希望可以為計算機輔助夾具設計技術(shù)的發(fā)展提供參考，為我國機械制造行業(yè)的發(fā)展建言獻策。
參考資料：
[1]朱耀祥等.KXMFCAD一面向生產(chǎn)的計算機輔助孔系夾具設計系統.全國第二屆計算機集成制造系統學(xué)術(shù)會(huì )會(huì )議論文集[M].北京，清華大學(xué)出版社.
[2]金天國，劉文劍.支持并行工程的夾具TOP一DOW閃設計系統[Z].計算機集成制造系統一CIMS，2011（10）.
作者簡(jiǎn)歷：崔同軍（1979-），工程師，主要從事：夾具設計。
