基于通用CAD系统的薄壁零件夹具设计方法与应用

薄壁零件刚度低，加工工艺性差，夹紧力、切削力都容易使零件产生变形，造成加工误差．合理的夹具可以保证工件准确定位和稳定夹紧，把工件的变形和位移控制在精度要求范围之内，是确保薄壁件加工精度的关键．

1计算机辅助夹具设计

    在目前的生产制造中，CAD技术使产品设计、制造、工装以及相关信息实现了数字化，在企业数字化、信息化过程中起着举足轻重的作用．计算机辅助夹具设计(Computer Aided Fixture Design，CAFD)的夹具设计计算、结构设计、总装图和零件图的绘制，以及制定夹具零件的数控加工程序等工作，都是通过计算机软件程序来完成的．

    在通用CAD系统环境下，计算机辅助夹具设计的过程一般要经历总体设计、技术设计和详细设计3个阶段．总体设计的内容包括分析零件的设计与工艺信息、进行夹具形式选择、定位导向装置设计、夹紧机构设计和夹紧力与定位误差的计算等，初步确定夹具元件的主要设计参数及夹具总体结构．技术设计是将总体设计阶段所确定的方案具体化的过程，即在三维设计环境下完成零件的具体设计和装配图设计，进行干涉检验和装夹分析，从而检验概念设计的正确与否，并纠正概念设计中的错误和不合理之处．详细设计是夹具设计的最后阶段，主要工作是完成零件二维图纸的设计．

2 SolidWorks软件环境下的夹具设计

    SolidWorks是目前广泛应用的通用计算机辅助设计软件，其参数化设计、装配模拟、干涉检验和有限元分析等功能，为计算机辅助夹具设计提供了强有力的技术支持，可实现夹具管理、工艺分析与设计、夹具结构设计及夹具装配全过程一体化．SolidWorks提供了基于三维模型的强大设计工具，可以完成设计过程中的许多工作．其中，COSMOSMotion可以模拟夹具装配体的机械运作以及它们产生的作用力．通过确定各种相关因素(如能量消耗、运动零件之间的干涉)，判断设计方案是否会失效，零件将在何时断裂，以及它们是否存在安全隐患．COSMOSWorks可进行应力和变形分析等研究，识别薄弱区域，为夹具结构优化提供数据；也可以通过去除多余的材料，或尽可能减少物理原型机的需求，节省资金和时间、增加设计方案可信度和降低产品研发成本．

3 薄壁零件夹具设计的方法和过程

    薄壁件外形复杂，刚性比较小，容易变形，加工较为困难．近年来，随着自动化水平的不断提高，基于通用CAD系统的薄壁件夹具设计方法，使得薄壁件的加工技术得到了大幅度的提升，品质也有了极大的改善．

    从图1可见，在基于通用CAD系统薄壁件夹具设计过程中，夹具CAD系统根据产品的CAD几何信息和CAPP加工工艺信息，进行夹具的方案设计、结构设计、精度分析、刚度分析、夹具总体装配，以及二维工程图的生成，并在此阶段对CAPP加工工艺中的有关定位误差，夹紧力进行计算和夹具综合评价、反馈，保证了工艺设计和夹具方案设计的合理性．各模块相对独立、信息相对集中；信息流动简单明了，可靠性高；各信息有机结合，为夹具CAD／CAE／CAM／CAPP等数据模型的共享提供了条件．夹具设计流程如图2所示．

图1 基于通用CAD系统的夹具设计功能框架

图2基于通用CAD系统薄壁件夹具设计流程