基于SolidWorks的零件族专用夹具的自设计研究
2015-08-27李斌,张政,胡皓
李 斌,张 政,胡 皓
(河南工程学院 机械工程学院,河南 郑州451191)
德国阿亨工业大学曾在机床、发动机、矿山机械、轧钢设备、仪器仪表、纺织机械、水利机械和军械等26个不同性质的企业中选取了45 000种零件进行了分析和研究,结果表明任何一种机械类产品中的组成零件都可分为3类:A类为复杂件或特殊件,B类为相似件,C类为简单件或标准件.其中,B类在产品中的种类多、数量大,约占零件总数的70%,如各种轴、套、法兰、支座、盖板和齿轮等.这类零件的相似程度高、结构(特征)相同或相近,仅尺寸、性能等参数不同[1].
对B类零件的加工常采用成组技术规划零件族,确定统一的生产工艺,用规模化生产方式组织中小批量零件族中零件的生产.在加工过程中,零件的加工工序安排几乎相同,所需要的工艺装备,特别是夹具也非常类似.因此,高效地设计适用于零件族的专用夹具,成为提高生产效率必须要解决的问题.
1 零件族及夹具结构简介
如图1所示,某物流装备中的连杆零件族由3个工件组成,除D1,D2两个尺寸外(如图2所示),其余各部特征与尺寸完全相同.为高效地加工Ø10和Ø13这两个相互垂直的孔,需要为该工序设计一套翻转式钻床夹具,夹具的结构如图3所示.
图1 零件族Fig.1 Part family
图2 尺寸系列(单位:mm)Fig.2 Dimension series(unit:mm)
图3 翻转式钻床夹具Fig.3 Roll-over drill jig
夹具以定位销7及其轴肩端面A对工件的Ø22孔和下端面进行定位,其中短销限制,端面A限制可调支撑钉15限制工件完全定位,满足工艺要求[2].限于篇幅,略去定位误差分析.
从图3可以看出,由于零件族中的3个工件仅有D1和D2的尺寸不同,所以夹具的组成元件除夹具体2外都可以通用.因此,在设计夹具的过程中,先以一个工件为原始依据,确定该工件夹具元件的所有尺寸.而对另外两个工件,只需根据D1和D2的变化调整夹具体的相关尺寸,即可实现夹具的自设计.对夹具体尺寸的调整,可以利用三维设计软件SolidWorks中的系列零件设计表来完成.
2 夹具的自设计
2.1 夹具建模
以工件1为原始依据,取D1=39.5 mm,D2=78 mm,确定夹具各元件的尺寸,在SolidWorks中建模[3],如图4所示.建模过程不再赘述.
图4 翻转式钻床夹具三维模型(单位:mm)Fig.4 Three-dimensionalmodule of the roll-over drill jig(unit:mm)
2.2 标准化尺寸名称
为方便识别尺寸,防止尺寸过乱造成错误,将尺寸D1和D2的名称改成标准的名称,如图5所示.点击尺寸78(即D2),出现尺寸对话框,在对话框中将主要值下的名称改成“D2@草图8”.用相同的方法将两孔下端面距离的尺寸名称改为“D1@基准面1”.
2.3 建立系列零件设计表
将各尺寸名称修改好后,可以插入系列化零件设计表.双击需要修改的尺寸,尺寸就被填入表格当中.在本设计中,系列零件只需要修改“D2@草图8”和“D1@基准面1”这两个尺寸,将这两个尺寸填入Excel表格,并在表格中填入工件1(默认工件)、工件2、工件3及其尺寸数据,保存后零件配置栏出现系列零件的配置,如图6所示.
图5 修改尺寸名称Fig.5 Modification of the name of dimension
图6 系列零件设计表Fig.6 Design list of series parts
2.4 夹具的自设计
工件两孔中心距的变化会影响夹具体宽度的变化及支撑两孔的两凸台中心距的变化,工件两孔下端面的距离变化会影响夹具体高度的变化,即尺寸“D2@草图8”会驱动“D3@草图5”和“D1@凸台-拉伸1”,尺寸“D1@基准面1”会驱动“D3@草图1”,如图7所示.
分析图中相关尺寸,可得出如下关系:
打开装配体,将注解中的特征尺寸打开,通过工具栏调出方程式,点击需要被驱动的尺寸进入方程式编辑,将关系式(1)、(2)、(3)填入方程式编辑表中.
在本次自设计中,以尺寸驱动的方式驱动的3个尺寸,其方程式如下:点击确定后,夹具已经能够实现自设计.以工件2为例,在装配体中打开配置工件2,SolidWorks会自动根据工件2的尺寸变化计算夹具相关尺寸的变化并生成新的模型.
工件2中尺寸“D2@草图8”=100,“D1@基准面1”=39.5(其他特征尺寸不变),代入式(4)、(5)、(6)后,得出“D3@草图1@8-夹具体<1>.Part”=119,“D3@草图5@8-夹具体<1>.Part”=100,“D1@凸台-拉伸1@8-夹具体<1>.Part”=202,最后得到夹具,如图8所示.
图7 尺寸关系Fig.7 Relationship of themeasure
图8 工件2夹具自设计结果(单位:mm)Fig.8 Result jig of the self-design for part 2(unit:mm)
工件1和工件3的自设计过程与工件2一样,设计结果见图9和图10,这里不再赘述.
图9 工件1夹具自设计结果(单位:mm)Fig.9 Result jig of the self-design for part 1(unit:mm)
图10 工件3夹具自设计结果(单位:mm)Fig.10 Result jig of the self-design for part 3(unit:mm)
3 结语
零件族中不同零件特征的相似性决定了其专用夹具结构的相似性,可以在零件族中选取一种特征最全的零件为原型,以其为依据设计专用夹具并建立完善的三维数字模型.找出零件特征尺寸与夹具相关尺寸间的关系并建立方程式,将族中其他零件的相关特征尺寸输入零件设计表,对夹具的三维数字模型进行尺寸驱动,即可完成零件族中所有零件专用夹具的自设计.此方法可大大减少专用夹具的设计时间,缩短B类零件加工前的准备时间,提高生产效率.
[1]郭晓炜,王征,石秀华.基于SolidWorks的系列零件快速化设计[J].机械与电子,2006(5):15-16.
[2]于骏一,邹青.机械制造技术基础[M].北京:机械工业出版社,2009.
[3]张红松,李宝峰,李斌,等.SolidWorks 2008从入门到精通[M].北京:机械工业出版社,2008.