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湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì) - 回顧與未來趨勢(shì) J.塞西爾 虛擬企業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室（VEEL），工業(yè)工程處，新墨西哥州立大學(xué)，拉斯克魯塞斯，美國(guó)夾具設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)，因?yàn)樗淖詣?dòng)化對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的一體化是至關(guān)重要的。在本文提供了夾具設(shè)計(jì)最先進(jìn)的國(guó)家的審查辦法。夾具設(shè)計(jì)現(xiàn)有目前的缺點(diǎn)方法和研究領(lǐng)域集中在不久的將來的發(fā)展也已確定。 關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助制造;夾具設(shè)計(jì) 1．導(dǎo)言 夾具是是用來固定某個(gè)工件的位置的機(jī)構(gòu)，利用機(jī)械工具來準(zhǔn)確的固定工件和在加工過程中支撐著工件。通常情況下，夾具設(shè)計(jì)包括壓板，定位裝置和支撐裝置，以及相應(yīng)的夾具元件來實(shí)現(xiàn)各自的職能。在制造業(yè)中，夾具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，必須讓設(shè)計(jì)和制造實(shí)現(xiàn)一體化。夾具的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，作為一個(gè)關(guān)鍵的是設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，特別是在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）環(huán)境[1,2]。在計(jì)算機(jī)基于夾具設(shè)計(jì)自動(dòng)化普遍被稱為計(jì)算機(jī)自動(dòng)化或計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)）。 2．文獻(xiàn)回顧 2.1初步夾具設(shè)計(jì)有關(guān)的倡議 目前已在許多領(lǐng)域上發(fā)表了有關(guān)夾具設(shè)計(jì)的論文，嘗試自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)過程沒有新的。在馬庫(kù)斯的初步工作和米勒中定位裝置和壓板裝置尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。采用的方法是互動(dòng)的關(guān)系來選定夾緊，定位，支持點(diǎn)，然后選擇適當(dāng)?shù)膴A具元件用在所需的位置上。這項(xiàng)工作沒有解決夾具設(shè)計(jì)自動(dòng)化的任務(wù)。然而，它的企圖開發(fā)一個(gè)半自動(dòng)化的方法，以便幫助夾具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一代特定的零件設(shè)計(jì)。在主要定位表面及其相關(guān)定位的位置作為一個(gè)假設(shè)提出，并將問題歸結(jié)為 確定次要和最終的定位位置。Chou工作的重點(diǎn)是夾緊的夾具設(shè)計(jì)方面。夾具夾緊程序開發(fā)是基于工件穩(wěn)定的雙重標(biāo)準(zhǔn)和完全限制的要求?？傁拗埔笫谴_保了限制工件工作的自由度和保證切削力量的平衡。 2.2基于專家系統(tǒng)方法研究人員早就認(rèn)識(shí)到了發(fā)展計(jì)算機(jī)自動(dòng)夾具設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)）的方法的重要性。 其中夾，支撐和定位裝置的設(shè)計(jì)屬性自動(dòng)生成了不同的零件設(shè)計(jì)。使用人工智能（AI）的方法，以及專家系統(tǒng)在夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用，另據(jù)報(bào)道[2,8-10]。 專家系統(tǒng)的方法被Nee et al.采納。 [11]執(zhí)行夾具設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)有個(gè)啟發(fā)式規(guī)則庫(kù)被用來生成夾具建議清單包括定位和夾具基本元素。一個(gè)給定的CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，作為輸入端對(duì)夾具的設(shè)計(jì)任務(wù)。啟發(fā)式規(guī)則庫(kù)是用來生成夾具，包括建議的清單定位和夾具基本元素。在工作表面上工件擁有最大截面積被選擇作為主要定位的表面。次要位置表面被確定為垂直于主定位面在[12]，一項(xiàng)規(guī)則依據(jù)專家系統(tǒng)被定義下來，這確定了旋轉(zhuǎn)部件定位和夾緊的表面，位置等。 [13]討論了利用組合夾具元件來討論利用專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)來進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，其他專家系統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法包括AIFIX[14]其中夾具的問題是伴隨著解決子問題直到最后工件加工目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。賴特和海斯[15]介紹了加工發(fā)展的設(shè)計(jì)者，這是一種專家系統(tǒng)用作設(shè)置規(guī)劃平行矩形零件在平行面鉗在銑床上的三根軸上的加工。隨后自動(dòng)的大鼓框夾夾具還用作夾緊裝置。在此基礎(chǔ)上研究，夾緊力和切削力的關(guān)系被提出馬庫(kù)斯[4]開發(fā)了一種專家系統(tǒng)，它是用來配置夾具用于設(shè)計(jì)關(guān)于零件的有幾何約束的規(guī)范和準(zhǔn)則。 Asada 和經(jīng)過為使用磁性表定位器和一個(gè)機(jī)器人的集會(huì)運(yùn)算的〔16〕執(zhí)行相似的夾具。夾緊位置的產(chǎn)生是因?yàn)樵O(shè)在表面上一電手鉆鉆頭的容易接近，NIST已經(jīng)設(shè)計(jì)的和執(zhí)行一包含一可變-深度顎可編程序的鉗口持有不同的形狀和大小的一部分用來控制壓力[17];流化床床已有報(bào)道[18]持有不同尋常的形狀的零件。基于案例推理也被用來做自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)活動(dòng)的援助[11,19]。 2.3機(jī)理模型和模塊化夾具 其他計(jì)算機(jī)自動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)工作包括櫻井[20]，布爾馬和卡爾斯[21]和榮，朱[22]。在[20]，一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展是描述自動(dòng)設(shè)置規(guī)劃和夾具設(shè)計(jì)。這兩個(gè)算法和啟發(fā)式開發(fā)方法生成和分析設(shè)置計(jì)劃和夾具配置。組件的實(shí)體模型（部分）是用作夾具設(shè)計(jì)任務(wù)的投入。那個(gè)要求成立規(guī)劃和設(shè)計(jì)，包括夾具，精確定位的工件，工件的完全克制與在加工過程中的各個(gè)方面和干涉刀具，工件和夾具元件。另一個(gè)相關(guān)方面的研究是在工件的變形加工。一個(gè)分析模型為基礎(chǔ)的彎曲變形用于獲得一個(gè)工件變形的估計(jì)。根據(jù)分析，提供更多的支持。 零件設(shè)計(jì)特點(diǎn)也發(fā)生使用其他研究人員開發(fā)夾具設(shè)計(jì)[9,23]。在[24]，一數(shù)學(xué)模型來確定夾具定位器和夾具;運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上夾具設(shè)計(jì)描述在一些出版物，包括[6,12,25]。其他研究人員，包括?杜化等。 [26,27]，分析了切削力和建筑機(jī)械模型鉆探以及其他金屬切割過程，可用于確定夾緊要求。在[28]，裝配約束的模型定義模塊化夾具元件之間的空間關(guān)系組合夾具的設(shè)計(jì)元素中詳細(xì)描述[29]的標(biāo)準(zhǔn)裝置或組合夾具元件是為了不再需要單一用途裝置。這是自定義的替代裝置建成，這講更加昂貴?？缀筒考A(yù)定網(wǎng)如螺栓，夾具等，可用于建立一個(gè)夾具。一些研究人員聘用原則模塊化夾具生成夾具設(shè)計(jì)[1,13,22,30-38]。 2.4夾具設(shè)計(jì)方法 在[37]，半自動(dòng)化系統(tǒng)介紹情況（當(dāng)夾具點(diǎn)，區(qū)域被選中）模塊化組件自動(dòng)識(shí)別和組裝。然而，鑒定在夾鉗，定位器，并支持（CLS）的點(diǎn)不是系統(tǒng)內(nèi)的決定（它們提供的是投入系統(tǒng)）。在相關(guān)的文件[38]，重點(diǎn)是幾何分析，它使用的幾何關(guān)系的分析CLS的組件之間和工件，初始對(duì)夾具裝配條件，開發(fā)自動(dòng)化。戴相龍等。 [39]描述了一個(gè)模塊化的元素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的建立方法，該方法可用于有效的整合CAD系統(tǒng)和模擬夾具部件。在[40]，創(chuàng)新的方法，夾具設(shè)計(jì)基于遺傳算法（GA）和（神經(jīng)）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的描述。GA其中一個(gè)裝置，每個(gè)可行的人口遺傳算法搜索夾具采用染色體進(jìn)行評(píng)估或定義的目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)，這種方法的主要缺點(diǎn)是“設(shè)計(jì)”空間（或搜索空間）是非常大的，即使是相應(yīng)的夾具問題，簡(jiǎn)單的零件設(shè)計(jì)。在[33]，夾具面和點(diǎn)自動(dòng)夾具的基礎(chǔ)上確定的表面可訪問性，穩(wěn)定性和功能的準(zhǔn)確性。 [1]中，塞西爾IDEF的使用功能- 0（綜合定義）的夾具模型的設(shè)計(jì)活動(dòng)為開發(fā)自動(dòng)夾具設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ);一個(gè)原型軟件系統(tǒng)，稱為泰米爾語（趨向制造業(yè)的一體化鏈接）已制定出使用給予部分設(shè)計(jì)CAD模型生成模塊裝置。其他夾具相關(guān)工作，包括自動(dòng)選擇初步定位和夾緊的位置 [41]，研究夾緊穩(wěn)定[42]，使用最小最大負(fù)荷準(zhǔn)則衡量夾具的[43]，在選擇和夾具在最大的機(jī)械杠桿[44]，定位器的錯(cuò)誤分析[45]，及加工精度分析核查夾具設(shè)計(jì)[46]。其他研究人員已處理以寬容的定位器的分析，誤差來源分析和夾具裝卸技術(shù)[47,48]。 3．結(jié)論和未來發(fā)展趨勢(shì) 雖然有大量夾具設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)提出并實(shí)施，在CAD，CAM等活動(dòng)相結(jié)合夾具的設(shè)計(jì)仍繼續(xù)是一個(gè)重要的瓶頸。一個(gè)原因是，夾具的設(shè)計(jì)方法正在制訂 不完全集成與其他產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)。雖然研究人員分析和研究方法自動(dòng)化的方法，出現(xiàn)了一些工作支持開發(fā)方法，在設(shè)計(jì)的裝置并行工程（行政）的團(tuán)隊(duì)為導(dǎo)向的環(huán)境。未來的夾具設(shè)計(jì)方法必須側(cè)重于方法，不僅作為CAD和CAM之間的橋梁，而且更重要的是，尋求支持跨部門的參與和并行工程方法。這些做法將有助于行政長(zhǎng)官小組其他成員了解有關(guān)問題與潛在的夾具時(shí)，上下文評(píng)估的解決方案整體設(shè)計(jì)/制造周期的涉及其他專家，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)，管理人員，裝配專家和車間規(guī)劃師，等等。裝配專家和車間規(guī)劃，等等。在夾具設(shè)計(jì)虛擬原型的概念的使用將使發(fā)展這些辦法中，備份夾具設(shè)計(jì)通過跨職能團(tuán)隊(duì)?？梢员辉u(píng)價(jià)，研究，修改和更好的理解 還有一個(gè)需要發(fā)展夾具設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了無縫使用CAD和接口信息和CAM的規(guī)劃和制造資源[24]。在今天的虛擬企業(yè)（VE）的外向型制造業(yè)環(huán)境，規(guī)劃和工藝設(shè)計(jì)資源的可在物理上分布在世界各地，從而加劇存在的問題。該軟件工具和其他資源在一個(gè)虛擬環(huán)境，可在異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)并實(shí)施了各種編程語言，這可能不是無縫相互交流。有一個(gè)需要為這個(gè)不斷變化的夾具設(shè)計(jì)方法國(guó)際制造加工，創(chuàng)新夾具設(shè)計(jì)方法必須開發(fā)出能快速地開發(fā)在信息技術(shù)（IT）導(dǎo)向型的制造業(yè)環(huán)境改變了過去5年，從根本上和任何新的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)方法必須解決無縫的數(shù)據(jù)交換問題，分布式通信，綜合規(guī)劃和在一個(gè)虛擬企業(yè)的環(huán)境。 - 4 -