浅析计算机辅助夹具设计中的自动装夹规划系统-中文翻译

浅析 CAFD 中的自动装夹规划系统融亦鸣， 李杰， 马卫东（伍士德理工学院，美国 01609）摘要 针对计算机辅助夹具设计(CAFD)中装夹规划问题，开发了自动装夹规划系统，并以工件装夹表面的影响性分析为核心，完成工件上装夹表面及点的优化选择:讨论了几个用以评佑候选装夹表面的适合性的要点；利用离散技术，基于所有表面离散点影响性的评佑，建立了装夹表面影响性模型；并给出了系统运行要。汽和分析设计实例。关键词 计算机辅助夹具设计；装夹规划；装夹表面1. 简介生产制造工艺活动在生产周期中很重要。计算机辅助夹具设计工艺已经发展起来并且成为 CAD/CAM 集成中的一部分。计算机辅助夹具设计的发展主要有助于减少机械加工的时间和产生最佳的机械制造方法，还有验证最佳的制造工艺设计。计算机辅助夹具设计在柔性制造系统中和计算机集成制造系统起着很重要的作用。设备的设计在机械加工系统中，计算出主程序数据主要包括下面三方面：客观的装备设计主要决定于零件的需求，工件的定位分析，每个零件的表面粗糙度。夹具的设计主要取决于工件的定位方式，支撑方式，夹紧位置及工件的表面情况。夹具结构的设备选取和安装设计主要取决于工件的定位和夹紧方式。自动化的模块夹具结构设计系统已经发展到设备表面和位置能随工件的变化而变化。夹具单位自动生成和放到正确的位置和辅助夹具有很紧密的关系。在自动夹具设计发展中，夹具的表面和位置关于工件表面需要自动化。工程师必须考虑到好多影响夹具设计因素，如工件的表面几何形状，加工时候的震动等因素。准确关系和工件表面粗糙度的分析。夹具的稳定性和工件夹装方式的简单可靠都必须验证。在这篇文章中，就是研究关于自动夹具装夹表面影响的。很少能找到相应的文学报告。为了工件的装夹方式和验证夹具的设计，一种分析方法已经产生来验证工件安装在夹具上和工件在夹具上的拆卸的容易度。一种从不同角度的方式用来评价夹具设计装夹表面影响性。它限制于一个简单的表面影响性例子。夹具可包括两方面：夹具屋面的易用性和工件装卸易用性。前者是一种在混合的设计中缓解了表面性质的评估程度，如下，在表面放置一个夹具元件(定位或夹子)是很容易的。con- tact 表面是一个非常重要的选择标准的固定准备表面。后者是用来判定当夹具被设计和建造好了，一个工件是否能容易得放进去。迄今为止，在文献中还没有找到一种广泛应用的夹具可分析方法。在这篇文章中， 提出了一个准确评估夹具可表面的方法。这种方法只能用在那些经常应用的夹具表面。第二部分，讨论了一些夹具表面的基本要求。第三部分，提出了一个广泛接受的夹具表面。一个离散化造型方法用来判定分析夹具表面发展的实施性问题和分布特性。最后，一个分析的例子被提出来了。2.对夹具表面的基本要求夹具表面是在工件定位和夹具工件时夹具元件(定位器的功能及夹子)所接触的这些表面。本研究的焦点是分析夹具的设计，卡具表面上的工件，首先，文章以工件表面被初步评定为“合格候选人”的夹具的表面的基本要求开始的，主要定位的方向在设置的规划中决定了。这些被评定为“合格候选人”的夹具表面的容易得到的性质应该用来作为评定满足夹具表面和点分布的最佳选择。在这项研究中，被接受的分析是在工件的简要纯几何信息基础上的简要考察和从 CAD 模型中被提取的表面。另外的信息例如表面的光洁和公差是不用考虑的，因为它们是作为精度分析夹具的计划要考虑在内的因素。在一个复杂的工件，一些表面明显的不合格去成为工件表面候选应首先被去除。在我们最近的研究中，只有那些符合基本要求的表面能够选作最初的候选表面:1、未加工的表面；2、平面表面；3、接近正常方向的表面；4、足够大的表面。识别这些要求的主要目的，挑选出那有些明显的资质的工件表面并且假象所有的表面作为初步的候选人夹具的表面。2.1 未加工的表面在真正的夹具设计中，那些在装备中加工过的表面不能作为夹具表面是众所周知的，因此绝对无法应用于任何夹具元件。因此，一个合格的夹具表面必须是一个未加工的夹具表面。2.2 平面表面夹具表面的模型备分为平面表面类型和圆柱体表面类型。然而，研究中接受的类型只有平面表面类型。不过这种放发对于圆柱体表面类型还是适用的。在一些方案中，平面表面类型选作夹具表面在夹具设计中带有高优越性。2.3 接近正常方向的表面在众多的设备中， 主要定位表面与定位表面是相垂直的。定位表面是那些底和边被定位的定义。通常的夹紧形式是顶夹紧和变夹紧。当模块化的夹具被雇佣来生产时，这些设想是尤其正确的。对于那些夹紧和定位形式，一个人约束条件是有效的，边定位和边夹紧的方向垂直于底定位的方向，顶夹紧的方向与底定位的方向是相对的。国家安全委员会规定所有的归一化向量并且能够作为一种设备的可接受的方向。一般的，NBL 总是设为主要的定位方向。不像弯曲的表面，平面表面有独一无二的正规方向，称为 nr。如果 nr 与前面提到的那些被认定接受的方向不相符和，这些表面就不能成为合格的候选夹具表面。换句话说，夹具表面应该有一个被普遍接受的方向。2.4 足够大的表面那些太小的和形状太细长的表面是不能作为夹具表面候选是夹具设计的常识。粗略估计一下这个表面是否足够大去做为一个夹具表面，一个简单的规则就出来了。这个规则表明了，表面的边框的边缘长度比入口门槛大那它在形状方面是合格的。 IT 的价值是建立在夹具设计的被使用者指定和修改的夹具零元件上的。根据前面的要求过滤显然无资格的表面之后，这些剩余的工件表面成为初步的合格的夹具表面。并且它们的那些容易得到的性质需要被评价。3.表面影响性分析自动夹具设计装夹表面影响性是一个模糊的理论,它与用于设计固定装置的固定装置组成成分紧密相关。要确定某普通固定装置的组成成分是否可行,要看该备选零件的表面情况并计算出表面影响性值。以下几家公司设计情况如下：A 是包含装置表面面积和形状方面信息的固定装置表面的几何图；B 可能的围绕固定装置表面普通方向或表面周边几何区域的阻碍性零件几何图；C 有效固定装置组成成分的大小和形状。公司 A 仅仅考虑到该固定装置表面的几何再现图。在一个可行的固定装置设计里,被选固定装置点通常安装在固定装置的内部区域,接触区在该区域之间,该固定装置组成成分应该在该装置相关作用表面的半上方。实际上,影响性分析的结果应该能反映固定装置表面的真正有效接触区,尤其是当存在沿着该装置表面普通方向或表面周边区域的阻碍性零件几何图时。公司 B 也从很大程度上考虑到了固定装置表面的实际影响性。因为沿着该装置表面普通方向或表面周边区域的可能性的阻碍性零件几何图很可能阻碍固定装置表面的一些次要区域的固定装置组成成分接触装置表面,从而导致有效接触区的减少。对于一个像数据4 所展现的零件,尽管 F 面足够大,并且形状也不复杂,但由于零件本身的几何结构障碍,它与一般固定装置组成成分的结合能力大大降低了。很明显,表面影响性分析不可不考虑作用尺寸和固定装置组成成分的特征。为了获得一个更准确的表面影响性评估从而更好的指导接下来的固定装置结构设计,公司必须要进行综合性分析。然而,实际情况下,在固定装置结构设计图完成之前,从库存里选出来的固定装置组成成分在装置设计过程中是不知道的。为了避免这个问题,至少要通过组合尺寸,T 是用来代替固定装置组成成分的最小作用尺寸,它能被使用者特殊化和修改,它暗含如果一个固定装置表面是可接受的,至少固定装置组成成分和相关的作用表面要是 TX，T 能被相关表面确定。要建立一个固定装置表面影响性模型，要适当地考虑以下几个基本的评估事实:1)同样的形状，零件表面的周边没有阻碍，更大面积的表面将会有更好的接触性2)同样的面积且无周边阻碍,简单形状的表面将会有更好的接触性。3)同样的面积和形状，表面周边的阻碍越少，接触性越高。在复杂的祗园，事实很可能是，平面工件有形状和完全或部分阻力沿其正常的方向或绕着它的几何形状，从而要求上述日期必须表面镀锡。这种适当的模型应该合理可比无障碍地全面反映人的需求,它可以适用于每个工件，无论多么复杂的金属扣眼表面都有可能。阿离散建模方法是首选，因为它是一般原则而且该算法容易在计算机上实现。这种方法包括三个步骤：1）表面取样到一套离散点；2）对单独和易于关联的相邻样点进行评估；3）无障碍环境的表面总体评价的结果基于所有采样点。3.1 表面离散作为辅助分析之前的夹具规划，如果夹具点未定，无障碍模式之间的任意平面和夹具元件表面是很难确定。在最终定位前，工件基板是固定下来的，可能的表面候选装夹点可能是数量巨大的而且难以用连续模型处理。因此，我们的做法是在表面取样到网格离散点一排平等间隔长度 T。为了使采样算法通用，外一包围矩形表面被用作抽样区域，而不是表面区域本身。当某一套夹具元件用于夹具设计，T 可以合理地从最小的功能表面尺寸中选择夹具元件。外一包围矩形平面是非常有益的几何约束提供的抽样地区，它可以简明扼要地提供外部形状的限制信息，使采样算法更加地通用。提取外包围矩形的规则是非常简单的。由于以自下而上定位/顶端夹紧表面法线方向是一致的纳秒/负向两个边缘外一包围矩形，所以它必须与 X 轴平行，而底部定位的方向是一致的消极载体的 Z 轴的工件坐标系，因此其他两个边与 Y 轴平行，如图所示。对于一方一定位/夹紧表面下 ns 上 n，必须有两个边与 Z 轴平行，而其他两个边应平行于向量积的 NS 和 NBL，以这种方式可以在表面取样到一组离散点的外一包围矩形，采样的某些点在外一包围矩形之外。在此方法中，这些问题并不过分，因为他们可能有助于检查装夹表面周围可能的障碍物。3.2 点无障碍（ PA ）的样品夹具点在我们的模型中，表面是一个无障碍的统计值点基于无障碍（ PA ）的每一个有效的采样点。PA 由两部分组成：孤立的点自我无障碍（ STA ）和点周围相关无障碍（NRA）。SIA 主要是对应于孤立的无障碍的装夹百分点，而 NRA反映了延长无障碍的装夹点。样本点驾驶室被视为有效，如果是测试，至少不会无法获得功能表面大小为 T x T 的固定元件。SIA 和 NRA 的定义和计算方法如下。新航虚拟采样点的定义的基础上，三个属性标记分别指定由 S ，代表的立场地位的采样点在表面上，代表梗阻地位表面的法线方向的采样点，阿富汗国家发展战略，代表接触面积匹配程度的文本区。该标记的 S ，是用来说明是否平方米测试电网的中心，目前的样本荣坐标白元组合夹具元建模和装配关系分析自动夹具配置设计。