机床夹具智能化设计系统的研究与开发

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1、机床夹具智能化设计系统的研究与开发哈尔滨石油学院机械电子工程系黑龙江哈尔滨150028摘要：具方案设计专家系统是实现夹具设计自动化的有效途径。木文重点讨论了机床夹具智能化设计系统的研究与开发。知识表示是实现机床夹具智能化设计系统的的关键技术之一，以下提出了把几种单一知识表示方法按照木体的原理组成一种基于立体混合型的知识表示方法，并将其应用在机床夹具智能化设计系统中，大大地提高了产品的设计效率。并基于特征的回转体零件信息描述，夹具方案设计专家系统和夹具装配图设计等技术，并开发了专用夹具设计原型系统SFDSo关键词：机床夹具；设计系统；研究与开发传统的机床夹具设计系统是夹具设计人员

2、通过经验法和类比法进行设计的。这需要查阅大量的资料和手册，通过手工计算，再用笔绘制机床夹具的装配图和零件图。传统的设计方法劳动强度大，设计周期长，效率低，而所设计的机床夹具标准化、通用化程度低。因此，传统的机床夹具设计方法已经不能满足市场快速多变的要求，甚至成为了制约现代制造技术发展的瓶颈。因此，采用人工智能技术，实现机床夹具设计的智能化，将会大大提高机床夹具设计的质量和自动化程度。1机床夹具的概念及其作用夹具是在机械加工、焊接、检验、热处理、装配等工艺过程中，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便保证产品质量，并提高生产率的一种工艺装备。而机床夹具是金属切削机床上使用的夹具

3、，在机械加工中应用最为广泛。在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。将工件装好就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹牢，就是对工件施加夹紧力，保证工件正确的定位位置在加工的过程中不受外力的影响而始终保持不变。总的来说机床夹具的作用就是保证加工精度，使一批工件加工质量稳定，减少废品；缩短辅助吋间，提高劳动生产率；扩大机床的工艺范围；在特种零件的加工中起着特殊的作用；平衡生产节拍，以便组织流水线生产。2机床夹具智能设计系统2.1机床夹具智能设计系统的研究现状随着科学技术的发展和新技术的广泛应用，机床的精度和性能得到人幅度提升，为各种高性能复杂零部件

4、的加工提供了装备保证。与此同吋，近年来数字化制造的研究成果为加工工艺参数的合理选择和优化提供了理论支承。机床夹具设计质量成为影响工件加工质量的重要因素。哈尔滨工业人学的金天国等人给出了自动确定和求解装配中元件尺寸或位置的启发式算法。介绍了参与装配零件的标定方法和装配时匹配关系与装配模型的表达方法，讨论了生成方向匹配链和方向约束链的方法，根据方向约束链和工程约束列出关于零件尺寸和位置的约束方程组。该方法能使设计者在计算机辅助装配设计时对零件的尺寸和位置进行调节，从而使设计者较为全面地考虑装配关系。孙中华等人为提高箱体类零件夹具定位机构设计的智能化水平，提出了箱体类零件夹具定位机构

5、设计的种智能化方法，设计了夹具定位机构智能化设计的总体结构，采用基于规则与模糊综合评判算法相结合的方法确定定位方案及定位基准面，建立了选取箱体类零件定位件的知识库，并应用知识树通过推理选取定位元件。2.2机床夹具智能设计系统的开发难点机床夹具是针对某种特定零件的特定工序设计的，当产品更新或加工对象稍有改变吋，它很难重新改装，往往需要另行设计制造，所以对于这类产品的三维计算机辅助设计提高的设计效率并不十分可观，导致了其在今天二维转三维的热潮中，仍然原地踏步。另外一个原因就是对于机床夹具的设计找不到有“任何规律”的夹具体和灵活性”零件等来组成定位元件、导向元件和夹紧机构等通用件，虽

6、然在计算机辅助的智能设计系统中，那些通用件是很容易实现的，但是夹具体这种“灵活性”零件是随着被加工件的改变而改变，又随着定位、导向、夹紧等通用件选择和定位的不同而变化的，其实现智能设计存在着一定的困难。所以机床夹具的智能化设计系统的研发是有一定难度的。2.3机床夹具智能设计系统的系统结构专用夹具设计是一个复杂问题，不仅需要选择定位元件、导向元件和夹紧元件等其他装置或元件，并进行精度分析和夹紧力校核，而且需要进行夹具结构设计，最后绘制出夹具装配图和零件图。根据出产品的功能要求，在进行产品设计吋，工程技术人员需要参阅大量的技术资料、相关技术数据，以及以往相似的设计方法和经验，进行综

7、合性的比较、计算、推理和评价，这个过程是以知识库为信息传输的。因此，机床夹具智能化设计系统中包含了通用件库、数据库、夹具实例库、及模型库等在内的知识库系统。系统再根据获取的零件信息和工序信息，进行决策，选择定位件、夹紧件等，然后进行夹具结构布置设计，并输出设计结果。装配图的设计是根据生成的夹具设计方案自动生成装配图。但自动生成的装配图是不完善的，还不能满足实用要求，因此系统提供了一交互设计工具,对装配图进行编辑修改。数据库管理系统对夹具元件库、装配图库和零件图库等进行统一的管理与维护。2.4