基于UG的"自頂向下"夾具設(shè)計(jì)方法分析

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,三維輔助設(shè)計(jì)軟件功能越來越強(qiáng)大,不僅可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),還可以進(jìn)行力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)仿真、外觀渲染等等,從而使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)得以廣泛運(yùn)用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,有兩種設(shè)計(jì)思路,即"自頂向下"設(shè)計(jì)方法和"自底而上"設(shè)計(jì)方法。

所謂"自底而上"設(shè)計(jì),簡單來說,就是先進(jìn)行零件設(shè)計(jì)與建模,然后再通過虛擬裝配得到部件或機(jī)器。這是現(xiàn)階段大多數(shù)設(shè)計(jì)師常常采用的方法,其過程如下:首先,工程技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求,從零件開始,依據(jù)相關(guān)性能和設(shè)計(jì)條件,設(shè)計(jì)出由它們組成的大一點(diǎn)的部件,并不斷試驗(yàn)和修正,然后再往上走一層,如此逐步地完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。它的優(yōu)點(diǎn)是直接精準(zhǔn)裝配,簡單、快速:但缺點(diǎn)也很明顯,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,往往存在著多個(gè)零件或部件在外形與結(jié)構(gòu)之間的相互影響、相互依賴,這種設(shè)計(jì)方法在效率及控制設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等方面往往無法滿足需要。

所謂"自頂向下"設(shè)計(jì),是指根據(jù)設(shè)計(jì)要求,從產(chǎn)品的頂層開始,先建裝配圖,通過在裝配中建立零件來完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法。其過程如下:根據(jù)產(chǎn)品功能要求,先設(shè)計(jì)出初步方案及其裝配結(jié)構(gòu)草圖,再通過設(shè)計(jì)計(jì)算,進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì),通過幾何約束求解將零件裝配成產(chǎn)品,最后對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和修正,完成最終設(shè)計(jì)。它的優(yōu)點(diǎn)是方便邊設(shè)計(jì)、邊改、邊裝配,該方法常常用在新產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域。

1UG/WAVE功能UG軟件中的WAVE技術(shù)提供了一個(gè)參數(shù)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的平臺(tái),可用來定義、控制和評(píng)估產(chǎn)品模板,把概念設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)的變化自始至終地貫穿于整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程。利用WAVE技術(shù),用戶可以使整個(gè)設(shè)計(jì)過程根據(jù)需求遵循"自頂向下"(top-doWn）的設(shè)計(jì)方式。

在裝配環(huán)境中,點(diǎn)擊

彈出如圖1所示對(duì)話框。

UG/WAVE功能,可以關(guān)聯(lián)復(fù)制曲線、點(diǎn)、基準(zhǔn)、草圖、面、體等幾何要素,并且可以保持與被復(fù)制對(duì)象的關(guān)聯(lián)性,實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性修改。下面以液壓缸的專用鉆夾具為例,說明其設(shè)計(jì)過程。

2加工零件及工藝描述

該零件為一液壓缸(圖2）,現(xiàn)以頂部油口的鉆床夾具設(shè)計(jì)為例,說明自頂向下設(shè)計(jì)過程。

考慮加工方便和精度需要,采取底面及兩63.5孔的一面兩銷定位,在數(shù)控機(jī)床上加工。根據(jù)零件工作圖,啟動(dòng)UG,完成零件的造型,并保存。

當(dāng)定位方案及夾緊方案確定后,此時(shí),夾具的設(shè)計(jì)難點(diǎn)就已轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)夾具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),定位件及夾緊裝置的結(jié)構(gòu)可參考標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),但考慮到簡化夾具體結(jié)構(gòu),也可做成非標(biāo)件。在夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,非常重要的一點(diǎn)就是定位件及夾緊裝置的安裝位置確定,同時(shí),也要考慮零件的形狀。

3夾具設(shè)計(jì)過程

（1）新建裝配,將加工零件模型添加進(jìn)來。

（2）設(shè)計(jì)定位銷零件。

[裝配]二[新建],新建一個(gè)組件,命名為dingweixiao1,并將其設(shè)定為工作部件。

選擇,關(guān)聯(lián)性復(fù)制零件上左側(cè)定位孔的邊線。將其拉伸出圓柱定位銷,完善定位銷其他部分的結(jié)構(gòu),考慮到夾具體結(jié)構(gòu)問題,決定采取非標(biāo)設(shè)計(jì),完成圓柱定位銷的構(gòu)建（圖3）。同理,完成右側(cè)削邊銷的構(gòu)建（圖4）,并命名為dingweixiao2。

圖3構(gòu)建圓柱定位銷

圖4構(gòu)建削邊銷

（3）設(shè)計(jì)定位板。

新建組件,命名為dingweiban1,并將其設(shè)定為工作部件。使用wAVE,關(guān)聯(lián)復(fù)制零件定位面的兩條邊線（圖5）,并以此兩直線構(gòu)建基準(zhǔn)平面（圖6）。

圖5關(guān)聯(lián)復(fù)制邊線

圖6構(gòu)建基準(zhǔn)平面

以此面為草圖面,繪制定位板草圖,并完成定位板的造型（圖7）。新建組件,命名為dingweiban2,使用wAVE功能,關(guān)聯(lián)復(fù)制定位板到右側(cè)（圖8）。

圖7構(gòu)建定位板

圖8關(guān)聯(lián)復(fù)制定位板

（4）夾具裝置設(shè)計(jì)。

根據(jù)相關(guān)計(jì)算,采用偏心輪機(jī)構(gòu)壓緊。采取類似設(shè)計(jì)方法,完成壓板、偏心輪等壓緊裝置設(shè)計(jì),如圖9所示。

圖9夾緊裝置設(shè)計(jì)

（5）夾具體設(shè)計(jì)。

夾具體的作用就是把定位元件、夾緊裝置等零件連接在一起,并且便于與機(jī)床進(jìn)行連接。從夾具體結(jié)構(gòu)來說,其結(jié)構(gòu)和尺寸均需根據(jù)定位、夾緊等位置來進(jìn)行設(shè)計(jì),因此采取"自頂向下"設(shè)計(jì),非常有利于夾具體形狀和位置的確定。采用如前所述方法,根據(jù)定位零件和夾緊裝置的位置、尺寸大小,設(shè)計(jì)出夾具體,如圖10所示。

圖10鉆孔專用夾具結(jié)構(gòu)

至此,該專用夾具設(shè)計(jì)已完成。圖11為該裝配的導(dǎo)航器。

4結(jié)語

使用"自頂向下"的裝配設(shè)計(jì)方法,可以根據(jù)相互有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件之間的位置關(guān)系,建立新組件和幾何件,并將幾何件加入新組件,一個(gè)零件的構(gòu)建是在裝配環(huán)境中進(jìn)行的,它允許設(shè)計(jì)者在高層產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)更新低層零部件的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中,該方法更容易確定零件的尺寸和位置關(guān)系,使設(shè)計(jì)更為直觀,從而大大提高了設(shè)計(jì)效率。