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1、一、 研究的目的和意义在制造业尤其是机械制造业的产品生产过程中，按照特定工艺，不论其生产规模如何，都需要种类繁多的工艺装备。制造系统的柔性和生产效率以及产品的质量和成本都与工艺装备有关。夹具是各类工具中最复杂、专用化程度最高的工艺装备之一。 据统计1，按照我国机械工业的现有水平，产品的生产准备周期一般占产品整个研制周期的 50%-70%，工艺装备的设计制造周期占产品生产准备周期的50%-70%，而夹具的设计制造周期又占工艺装备设计制造周期的 70%-80%。因此，夹具的设计制造周期极大地影响了新产品的研制周期。 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智 能、环保方向
2、发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。传统的机床夹具设计是夹具设计人员通过经验法和类比法进行设计。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。随着计算机技术的发展，面向工程各个阶段的计算机辅助技术（简称 CAX 技术，包括 CAD、CAE、CAM、CAPP 和 CAT 等）在机械制造系统中起着至关重要的作用。将计算机辅助设计（CAD）技术和基于知
3、识的工程（KBE）技术相结合融入到传统的机床夹具设计中来，便出现了计算机辅助夹具设计（CAFD）。它能彻底改变传统夹具设计主要依靠设计人员个人经验的情况，并有效减少设计人员工作强度高、负担重、可靠性低的状况。 二、国内外研究概况及发展趋势国外研究状况 国外研究是从 20 世纪 70 年代开始的 1984 年法国的Ingrand 和 Latdnke 首次用面向夹具功能方法开发了一个 SERF 专家系统自动进行夹具设计，但是只能进行简单的棱柱类零件的设计。美国 Perrerire 用 Lisp 语言开发了 AIFIX 系统。在给出工件信息、机床和刀具描述及加工工序的条件下，针对几种工件的方向用 3
4、，2，1 原则来设计夹具，AIFIX 有两个子系统组成，一个用来生成工件的定位，另一个用来进行夹具的拼装。新加坡 Lim Beng Slong 提出三维实体 CAD 方法进行夹具设计。此系统由体素拼合成工件的实体模型，并输入工件的设计和加工工艺信息，最后可以输出三维的组合夹具拼装结构图。国内研究状况 从 20 世纪 80 年代中期开始，国内也有很多院校和相关部门对夹具 CAD 作了探索，现介绍如下： 哈尔滨工业大学黄永强、刘文剑等人开发了面向生产的计算机辅助组合夹具设计系统 MFDS-HTT01，包括自动选件、元件数据库及图形库管理、元件交互组装三部分。元件图形库及元件交互组装是基于 Auto
5、CAD 环境建立的。 清华大学朱耀祥教授主持开发的 BMFCAD2.0 系统，基于成组技术（GT）的检索变异式系统，是以 AutoCAD 和 DBASE 为支撑软件。系统构造了一个带有夹具设计信息的编码系统 KJBM，并用编码作为系统输入。这种编码方式为夹具设计提供了一个简单的、规范化、实用性强和易于检索处理的信息描述方式。系统嵌入了一个组装专家系统，向设计者推荐适当的组装定位方案，即可选用的基础件。夹具的发展趋势，大致可分为三个阶段：第一个阶段夹具主要作为零件加工者的单纯的辅助工具；第二阶段夹具成为人与机床之间的桥梁，主要用于工件的定位和加紧；第三阶段是夹具与机床实现结合，夹具成为机床的一部
6、分是机械加工中不可缺少的工艺装备。三、研究内容及实验方案1、研究内容A、构建知识信息库，实现技术知识与理论知识辅助夹具设计；B、构建夹具定位元件库，建立三维图形与知识信息相结合的零件库，并提供快速建模方案；C、学习 NX 二次开发技术，利用 SIEMENS 公司提供的基础函数重新封装了新的接口函数，为夹具定位元件库开发提供条件。2、实验方案夹具定位元件库应能使大量繁琐的重复工作被系统提供的零件库所替代，极大的降低了夹具设计的工作量，以便使夹具设计人员把工作的重心转移到具有“创新特点”的夹具设计上来。据统计在夹具设计中有一半以上的时间被标准件设计所占用，因此为了完成夹具的快速设计，就必须建立起夹
7、具的标准件库。夹具零件库主要是参照国家标准建立起来的，其零件的结构、画法、尺寸、和标记都按国家标准绘制。尽管 NX 软件自带标准件库但其自带库并没有与我国的标准件统一起来，更没有为夹具而建立的起来的专门的零件库，这就使我们建立标准件库成为必然。四、目标、主要特色及工作进度a、目标、主要特色传统的夹具设计方法主要依靠设计者的设计水平，通过查阅相关资料，在原有相似夹具的设计基础上，经过比较试验并利用简单的 CAD 二维辅助软件，完成夹具的设计。这种设计方法直观性不强、设计周期长、成本高、效率低，由于精度等方面的原因加工出的夹具还需要不断的修改反复试验、重复设计。夹具的质量不好保证，一次设计成功率不
8、高，这已经很难满足市场对夹具的设计要求。与此同时由于近年来 CAD/CAM 技术与数控技术的发展，使快速设计制造夹具成为可能。b、工作进度1、 分析题目，搞好相关外文翻译，做好开题报告。2、 根据设计内容的要求，查阅相关资料，明确设计方向，对存在的疑问咨询指导老师。3、 进行毕业设计，包括：相关方面的计算、确定参数，绘制相关图纸并建立图库，对资料进行整理。4、 对毕业设计进行整理，与老师进行讨论修改，校核定稿5、 审查、阅读设计内容准备答辩。6、 进行毕业答辩。五、参考文献1 融亦鸣，朱耀祥，罗振璧计算机辅助夹具设计M北京：机械工业出版社，2002：1-5 2 薛源顺机床夹具设计M北京：机械工
9、业出版社，2004：2-15 3 RONG Y M, Huang S H, Hou ZAdvanced computer-aided fixture Design J. Elseview Science & Technology, 2004,6: 10-13 4 陈伟柔性制造实验系统的加工过程自动规划和仿真的研究与开发D，北京：清华大学（硕士学位论文），2000.5：10-20 5 侯俊杰，莫蓉基于实例设计的夹具 CAD 研究J计算机工程与应用，2002，（6）：43-44 6 唐东，成晔，蔡复之面向并行工程的计算机辅助夹具设计研究J计算机集成制造系统，1999，（1）：10-11 7 朱耀祥, 融亦鸣计算机辅助组合夹具设计系统的研究J机械工程学报, 1994, (10): 40-45 8 刘静，沈晓红先进制造技术在计算机辅助夹具设计中的应用J北京工商大学学报，2004，22（2）：38-39
