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全息智能夹具三维标准件库建立的研究

2017/7/20    来源:互联网    作者:黄翔  万久团  曾荣      
关键字:三雏标准件库  装配模型  全息模型  夹具  
针对机床夹具标准件库的建立,将标准件分为标准元件、典型组合和标准结构三个层次,采用种子零件的方法建立标准元件库,在标准元件库中除了记录几何特征信息外,还记录了具有工程含义的属性信息,使标准元件的信息完备,以满足夹具设计全过程对信息的需求。为建立典型组合和标准结构库,提出了基于装配模型的智能动态建库方法,设计了无冗余建库结构,实现了典型组合和标准结构装配的智能化和自动化。根据以上方法在NX平台上用NX/APl和Oracle数据库建立了夹具三维标准件库,种子零件、参数数据和属性信息等存储在服务器端的数据库中,在客户端动态生成并调用标准件库。该三维标准件库在开发的夹具CAD系统中应用,取得了满意的效果。

    随着CAD技术应用的不断深入,通用CAD系统已难以满足工业界进一步提高产品设计效率和封装专业知识的要求。因此,在通用CAD系统的基础上,开发基于知识的面向行业的CAD系统,已成为提高设计效率和水平的重要方向。

    建立标准件库是基于知识的CAD系统中的基础工作,如采用通用三维CAD软件设计夹具效率低下,据统计仅标准件的建模就占设计工作量的50%以上,因此三维标准件库的建立对提高夹具设计效率是十分有效的,同时可避免设计人员查找手册的麻烦。目前围绕不同的专业特点,建立了不少三维标准件库,但这些三维标准件库主要从描述标准件的几何特征出发,难以满足基于知识的CAD系统对标准件库的要求,具体体现在以下三个方面:

    (1)在三维标准件库中,往往只有描述几何特征的数据,缺少描述零件的结构化信息,如零件材料、热处理状态等,这种信息的不完备性不符合夹具的集成化设计制造的要求,难以满足在设计的各阶段对信息的需求,如不能实现明细表的自动标注;

    (2)标准件库是以零件为最小建库单位,没有考虑标准元件间的装配关系。实际上在各领域形成了许多典型结构(如模具的模架、夹具的压紧机构等),由于缺乏标准元件间的装配约束这些典型结构只能通过设计人员调用标准元件装配而成的,影响了设计效率的进一步提高;

    (3)典型结构是在长期的生产实践中形成的,包含了丰富的知识与规则,仅仅从描述标准件的几何特征出发建立标准件库,难以表达和利用这些知识与规则;

    (4)缺乏有效的标准件库的维护和安全机制。

    为了解决以上问题,需要在定义标准元件时采用装配模型,在三维标准件库中,除了记录描述几何特征的数据外,还需要记录描述零件属性的非结构化信息,并且封装知识与规则,建立面向设计全过程、装配和知识的三维标准件库,从而大大提高设计效率和设计水平。为此,作者结合进行的“型号工程知识驱动的夹具设计系统”的研究与开发,将标准件分为标准元件、典型组合和标准结构三个层次,设计了无冗余的建库结构,提出了面向装配的全息智能夹具标准件库的建立方法。面向装配是指典型组合和标准结构是由更底层的标准元件和典型组合自动装配而成;所谓标准元件库的全息化是指在标准元件库中除了记录几何信息外,还记录了具有工程含义的属性信息,如标准件的材料、热处理、表面处理、公差等信息,以满足夹具设计的各阶段对信息的需求;所谓标准元件库的智能化是指在标准件库中包含装配知识与规则。根据这一思想在NX 开发了机床夹具标准件库,并在知识驱动的夹具设计系统中采用,取得了令人满意的效果。

    l 夹具标准件库建立方法

    1.1 夹具标准件的分类

    根据夹具的特点,在充分考虑系统通用和灵活的基础上,将标准件分为三类:

    (1)标准元件。指组成夹具的标准化的最小功能零件,一般是由国标、企标组成,如销钉、钻套等。

    (2)标准组合件。它是由标准元件通过装配关系组合而成的典型组合结构,如压紧组合等。

    (3)标准夹具结构。它实际上就是参数化的标准夹具结构,由标准元件和标准组合件通过装配关系组合而成。

    标准组合件和标准夹具结构库是在标准元件库的基础上通过递归关系按照装配知识与规则自动装配而成,它进一步提高了夹具设计效率,是满足夹具功能要求的关键和夹具智能化设计系统的重要组成部分。

    1.2 夹具标准元件库的建立

    (1)标准元件库的建立

    标准元件是组成夹具的最小功能单位,建立库的具体方法如下:

    ① 建立标准元件的类库。类(或称哑图)描述标准元件的拓扑结构,是某种标准元件拓扑结构的抽象 哑图还定义了描述标准元件的尺寸参数,尺寸参数由定义标准元件主要结构特征的主规格参数和描述其它次要特征的参数(副参数)组成,副参数根据知识与规则通过表达式与主参数建立联系。在该系统中标准元件的类是通过种子零件这一载体实现的,采用种子零件可以方便的定义标准元件的拓扑结构以及建立特征参数间的关系,大大减少了程序编制工作量。

    ② 建立标准元件系列尺寸数据库。尺寸数据库定义了标准元件的几何尺寸。种子零件中的尺寸变量是连接种子零件与尺寸数据库的桥梁。主规格参数分系列化的参数和可在一定范围内变动的连续参数。

    ③ 建立标准元件的属性库。属性包括标准元件材料、热处理、表面处理状态、公差等。属性库记录了描述标准元件工程含义的信息。之所以称为全息标准件库就是由于在标准件库中增加了属性库,属性信息可以在夹具设计的各阶段得到共享,例如可以实现明细表的自动填写和BOM表的自动生成,当然全息是一个相对的概念。标准元件的属性是通过NX API给标准元件赋予零件属性(Attribute)实现的。

    ④ 标准元件实例的生成。种子零件描述了标准元件的拓扑结构和尺寸变量,标准元件尺寸数据库提供标准元件实例化的尺寸数据,在调用时种子零件时通过尺寸变量与相应尺寸数据的结合,通过参数驱动种子零件完成标准元件的实例化。即标准元件实例是标准元件的类与相应几何尺寸的结合形成的,这一过程称为类的实例化,图l描述了标准元件的实例化过程。

    1

    图1 标准元件的实例化

    (2)数据库设计

    与标准元件相对应的是三个数据表,第一个数据表为种子零件表,其字段包括类编号、类名称和种子零件文件,第二个为尺寸数据表,其字段包括标准元件规格编号和各个尺寸参数,第三个为标准元件的属性表,第一字段是标准元件的类编号。余下的为各属性。

责任编辑:张纯子
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