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1、机床夹具智能化设计系统第16卷 第3期1997年 5月机械科学与技术MECHANICALSCIENCETECHNOLOGYVol.16 No.3May 1997..田锡天机床夹具智能化设计系统*田锡天(西北工业大学 西安 710072)摘 要 夹具方案设计专家系统是实现夹具设计自动化的有效途径。本文重点讨论了机床夹具智能化设计系统的结构,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SFDS。关键词 夹具 CAD 专家系统 特征中图号 TP39.
2、72引 言夹具是制造企业中重要的基本工艺装备,广泛使用于加工、检验和装配等制造过程中。然而在CAD/CAM技术广泛使用,CIMS大力发展的今天,夹具设计却仍处于传统的手工设计阶段,这不仅影响夹具设计的效率和质量,而且不能满足CAD/CAM集成的需要。计算机辅助夹具设计(ComputerAidedFixtureDesignCAFD)是解决这一问题的根本方法。相对说来,CAFD是一个新领域。国外在80年代初才开始这方面的研究工作。最旱的研究者采用Prolog语言开发了一个夹具设计专家系统,只能在用户给定夹具方
3、案后选择合适的夹具元件。之后,许多学者在夹具定位算法和夹具空间布置等方面进行了研究。国内在CAFD方面的研究还很少,并且主要集中在组合夹具拼装和夹具元件图形库的建立方面。总之,CAFD还处于研究阶段,而专用夹具方案的自动设计技术则更不成熟,主要依靠人机交互来实现。在专用夹具设计中,方案设计是最重要的方面,对夹具设计的质量具有决定性的影响。而目前的CAFD技术尚不能解决方案的自动化设计问题。这是因为方案设计是一种创造性活动,需要综合运用许多学科的专门知识和丰富的经验,经过思考和推理,才能得到正确合理的设计。
4、设计质量则取决于设计者个人的知识水平和经验。因此,采用人工智能技术,实现夹具方案的智能化设计,将会大大提高专用夹具设计的质量和自动化程度。1 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、夹紧等元件,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。根据功能要求,本文采用WatcomC、AutoCAD和FOXPRO开发了一个加工回转体工件的专用夹具设计系统(Spe-..西北工业大学青年基金资助项目 收稿日期:1996-09-10cialFixtureDesignS
5、ystemSFDS),系统结构如图1所示。系统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。图1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 信息描述进行计算机辅助夹具设计,首先遇到的问题是如何描述零件和加工工序,并建立完整的信息模型,为夹具设计的各种决策提供必要和充分
6、的信息。由于特征在表达零件的形状、结构以及制造特性上有着极大的优越性,并考虑到夹具设计系统以后与CAD、CAPP的集成,SFDS采用了基于特征的信息建模技术。2.1 特征的分类与表达如何划分特征和表达特征与特征间的关系是特征建模技术中的重要问题。通过对大量回转体零件的结构及工艺分析,将零件特征划分为主特征、附着特征和组合特征三大类。主特征用于构造回转体零件的总体形状结构,如圆柱、圆锥等;附着特征用于对主特征或其它附着特征的局部修改,并依附于这些特征上,如倒角、键槽等;对于一些不宜或难以由特征拼合生成的几何
7、形状则归类为组合特征。在特征分类的基础上,如何表达特征是非常重要的。因为特征表达得是否恰当会直接关系到零件信息能否完整地描述以及描述是否方便。SFDS采用下述方法表达特征:(1) 应用特征码描述特征。特征码由特征分类码、属性码和序号构成,共6个字符长。特征码在零件模型信息中是唯一的;属性码是对特征的一些重要属性的描述,它丰富了特征码的语义信息。(2) 采用参数描述特征属性。CAFD不仅涉及特征的几何形状,而且也要详细考虑特征的属性,如尺寸、方向,是否有附着特征等。(3) 采用层次结构描述特征间的关系。主特
8、征间是具有先后顺序的并列关系,而主特征与附着特征间则属于父子关系。要完整地表达零件,除描述特征间的依赖关系外,还必须描述特征间的位置关系,如位置尺寸、形位公差等。同时,为了表达工序尺寸、定位面、夹紧面等工序信息,需要将特征分离为更小的组成部分-几何实体。几何实体可以是几何表面、中心线等。通过对几何实体的描述,就可以方便地表达特征间的位置关系和工序信息。通过上述分析,建立了图2所示的信息模型。2.2 信息输入系统采用AutoCA
