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外文翻譯
關(guān)于零部件的自動(dòng)裝夾與夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)
Michael Stampfer著；陳玉琳譯
【摘要】本課題要研究的是計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃夾具設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本文論述了對(duì)零部件在臥式加工中心的裝夾和夾具設(shè)計(jì)問(wèn)題。裝夾和夾具的設(shè)計(jì)包括裝夾的定義，裝夾順序和每次裝夾用的夾具的方案設(shè)計(jì)。本文研究的主題是夾具的自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)。本課題是與裝夾規(guī)劃相互聯(lián)系，因此，作者的目的是對(duì)裝夾和夾具設(shè)計(jì)，以及在一個(gè)集成系統(tǒng)的研究結(jié)論的綜合處理?；诠ぜＰ?，這種已開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)能夠自動(dòng)確定裝夾順序，裝夾的內(nèi)容和為每個(gè)幫助裝夾的夾具的概念性解決方案。本文介紹了關(guān)于夾具的解決方案和工件的裝夾部分任務(wù)的問(wèn)題，以及針對(duì)這部分任務(wù)的典型解決方法及其應(yīng)用條件，最后還提出了一種新的方法，這種方法使裝夾和夾具設(shè)計(jì)任務(wù)和在某個(gè)集成系統(tǒng)中的研究發(fā)現(xiàn)的集成處理成為可能。
【關(guān)鍵詞】工藝規(guī)劃 夾具規(guī)劃
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1 引言
工藝規(guī)劃可以分為以下幾個(gè)步驟（圖1）：（1）裝夾方案和夾具方案設(shè)計(jì)；（2）操作計(jì)劃；（3）夾具結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)。
圖1 集成工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)
裝夾規(guī)劃和夾具方案設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的腦力任務(wù)之一，只有當(dāng)它非常困難的時(shí)候才考慮自動(dòng)化。工藝規(guī)劃人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)解決方案依賴于他們?cè)诠こ躺系闹庇X(jué)和經(jīng)驗(yàn)。
這意味著從事夾具設(shè)計(jì)的研究人員為數(shù)不多，特別是在棱柱形工件的情況下。其原因可能是對(duì)于解決夾具問(wèn)題的已有知識(shí)在公式，邏輯圖或明確定義的流程等顯形式中是不起作用的。對(duì)于另一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，相比之下，它制約著這種適當(dāng)?shù)膴A具設(shè)計(jì)方法的發(fā)展。
嘗試自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)活動(dòng)并不是一個(gè)新想法，也不是第一次嘗試。研究人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到致力于解決夾具方案設(shè)計(jì)問(wèn)題的計(jì)劃系統(tǒng)發(fā)展的必要性，在這一領(lǐng)域取得的主要成果如下。
博爾馬提出了棱柱形零件的安裝與夾具規(guī)劃的修正系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，首先所選擇的這個(gè)特征意味著要在一個(gè)裝夾中等待加工。然后，在選擇合適定位和夾緊的表面。系統(tǒng)只對(duì)工件的對(duì)立面到定位面進(jìn)行裝夾面的搜索。它是CAPP系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，這是第一個(gè)完整的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)用于商業(yè)化，覆蓋了大部分的工藝規(guī)劃功能。朱斯蒂等人介紹了規(guī)劃系統(tǒng)的KAPLAN。
它是第一個(gè)具有商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化工藝規(guī)劃功能的完全專業(yè)的工藝規(guī)劃系統(tǒng)。這對(duì)工藝規(guī)劃轉(zhuǎn)動(dòng)部分是一個(gè)有理論基礎(chǔ)的方式。機(jī)器工具的選擇是交互式的，而加工順序和夾緊裝置是隨機(jī)選取的?？焖俎D(zhuǎn)換單元是由常先生發(fā)明的，這是一個(gè)整體式的規(guī)劃系統(tǒng)，集設(shè)計(jì)，工藝規(guī)劃，單元控制和圖像檢查功能于一體。設(shè)計(jì)它是用來(lái)生產(chǎn)一種棱型部件的一部分，這可在立式加工中心上加工而其夾緊裝置有缺陷。揣派等人出發(fā)去尋找定位和夾緊點(diǎn)。在此設(shè)置中，工件的定位是作為輸入數(shù)據(jù)來(lái)處理。他們的方法是根據(jù)工件的投影到固定裝置的基礎(chǔ)元件來(lái)分析的。第一步，該算法選擇基本元素的定位點(diǎn)。下一步，它定義了兩點(diǎn)定位坐標(biāo)和最后一點(diǎn)定位坐標(biāo)。兩種算法是用來(lái)對(duì)夾持點(diǎn)的定義做復(fù)查的，一個(gè)是負(fù)責(zé)工件夾緊的投影方向和一個(gè)是負(fù)責(zé)垂直方向的。蔡某人提出了一種新的方法，稱為設(shè)計(jì)夾具裝置組合的粗放夾具外形，最小限度地減少定位誤差。作為輸入數(shù)據(jù)，需要用到下面的：工件幾何模型，初始定位位置，夾緊力的方向和大小。該系統(tǒng)不斷改變初始定位的位置，直到定位誤差減少到最小。瓊伽等人提供了一個(gè)操作設(shè)計(jì)者的簡(jiǎn)短的描述和一個(gè)夾具規(guī)劃程序的更詳細(xì)的描述。它們是一個(gè)集成的工藝規(guī)劃系統(tǒng)的一部分。安裝設(shè)計(jì)師首先將被加工成不同安裝表面集合起來(lái)，然后定義安裝順序，再選擇一個(gè)安裝的最小數(shù)字。夾具設(shè)計(jì)者首先確定夾緊方法（虎鉗或組合夾具），選擇可行的功能定位，支撐和夾緊，刀具干涉檢查，然后建立整個(gè)裝配體和最后檢查穩(wěn)定性?，?shù)热颂岢隽艘环N自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該夾具的表面是基于幾何和操作信息而自動(dòng)確定。哈瓦施等人提供了一個(gè)通過(guò)利用遺傳算法做安裝規(guī)劃和安裝次序優(yōu)化的方法。Champati和Marefat等人對(duì)棱柱形零件應(yīng)用案例推理過(guò)程規(guī)劃而夾緊裝置是一個(gè)缺陷。塞西爾]選卡地區(qū)除了機(jī)械穩(wěn)定性分析刀具的可訪問(wèn)性的幾何方法。巴黎等人開(kāi)發(fā)出一種方法，其中涉及在建立加工操作同時(shí)分組選擇適合裝夾方案。工藝方案進(jìn)行了三步。第一步包括格式化的工藝規(guī)劃系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)。這些都對(duì)加工特征的集合，制造設(shè)備和夾具的特點(diǎn)設(shè)置。夾具的特點(diǎn)被定義為三個(gè)定位特征的組合和至少一個(gè)夾緊特征。夾具的特點(diǎn)是建立交互方式。第二步處理與加工特征的加工工藝。第三步是對(duì)整個(gè)工件加工的全球計(jì)劃組織。薩爾等人提出了一種集成裝置和夾具規(guī)劃系統(tǒng)。程序讀取文件的步驟，建立和修改模型，切片，在不同高度，試圖建立可接受的定位點(diǎn)，檢查可訪問(wèn)性和穩(wěn)定性，給出了選擇列表的耐受性越軌行為的解決方案。一些研究人員采用模塊化的夾具設(shè)計(jì)原則產(chǎn)生。建立交互方式。第二步處理與加工特征的加工工藝協(xié)會(huì)。這些系統(tǒng)包括三個(gè)模塊：（1）在組合夾具元件選擇模塊，（2）對(duì)夾具元件裝配模塊和干涉檢查模塊，（3）夾具概念設(shè)計(jì)是作為輸入數(shù)據(jù)或是解決交互處理。
雖然眾多的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)已被提出并實(shí)施，夾具的設(shè)計(jì)仍然是一個(gè)主要的瓶頸在CAD／CAM的集成活動(dòng)。
用夾具規(guī)劃新方法的回顧，發(fā)展為盒形零件加工的四軸臥式機(jī)，希望有助于克服困難。
2 夾具的基本功能及其典型的解決方案
箱體工件的加工，最適合的機(jī)械是臥式加工中心。臥式加工中心的主要特點(diǎn)是多樣化的制造運(yùn)作的適宜性，在工具雜志和一個(gè)旋轉(zhuǎn)或數(shù)控機(jī)床表的幫助下，所有的四面工件在一次裝夾是可加工。根據(jù)工件的復(fù)雜性，完整的加工制造過(guò)程可以在一個(gè)或兩個(gè)定位做了。
對(duì)夾具的基本功能定位與工件的裝夾。定位可以分解成平面定位（支持）和側(cè)面定位，而側(cè)面定位是進(jìn)一步減少軸向定位導(dǎo)向（圖2）。
圖2 定位
由于巨大的變異和棱柱形零件的復(fù)雜性，代表整個(gè)夾具是不可能的。然而，部分夾具功能的解決方案可以代表。
以臥式加工中心和分析現(xiàn)有的夾具技術(shù)設(shè)施的考慮，根據(jù)工件的平面定位表面的位置，有三種類型的平面定位建立（圖3）：（1）水平（表示“位置1”），（2）垂直（“位置2”），（3）的部分加工定位面垂直（“位置3”）。
圖3 平面定位類型
有側(cè)定位建立四種基本類型（圖4）：（1）利用表面定位邊，它在平面定位面鄰接面；（2）用兩個(gè)鉆孔的平面定位人臉定位側(cè)；（3）用一個(gè)鉆孔的平面定位面上其中的相鄰面表面定位邊；（4）側(cè)面定位用兩個(gè)螺釘和螺紋接頭上的平面定位面。
圖4 側(cè)面定位類型
根據(jù)夾緊力的方向，夾緊可垂直于平面定位面（型S1）或平行的平面定位面（型S2）?；拘蚐1，取決于夾緊面位置，可以進(jìn)一步分為亞型S11，S12和S13。在這情況下，夾持面在平面定位面相鄰的兩側(cè)。在S12例，夾緊表面（或面）在飛機(jī)定位面對(duì)面，和類型S13，夾在對(duì)面，是通過(guò)鉆孔。一個(gè)夾具體方式是通過(guò)螺釘和螺紋接頭夾在平面定位面叫做式S3.
一個(gè)夾具體方式是通過(guò)螺釘和螺紋接頭夾在平面定位面叫做式S3（圖5）。夾點(diǎn)的數(shù)量也夾一個(gè)很重要的屬性。根據(jù)夾點(diǎn)的數(shù)量，我們區(qū)分在一個(gè)，兩個(gè)夾之間，三和四分。添加到以前的基本類型，可能的卡類型如下：s11_2，s11_3，s11_4；s12_2，s12_3，s12_4；s13_1，s13_2；s2_1，s2_2；s3_2，s3_3，s3_4。在這個(gè)列表中，后面那個(gè)數(shù)就是夾緊點(diǎn)數(shù)量。
圖5 夾緊類型
3 用于定位和夾緊工件合適的表面
除了提出系統(tǒng)化的工件的裝夾部分任務(wù)的解決方案，還建立有決定工件表面支承，側(cè)面定位和夾緊等適宜性的標(biāo)準(zhǔn)。
3.1合適的平面定位表面
合適的平面定位表面取決于表面的形狀和尺寸。根據(jù)它們的形狀，以下的表面對(duì)于平面定位是合適的：平面表面，間歇性的平面表面，在同一平面上的一組平面表面，在兩個(gè)不同平面的一組平面，圓柱面（平行軸），圓柱和平面的組合。
被列出的表面（特征）到目前為止都不能同等的適用。同枚舉相似，它的適用性有所降低。在專家系統(tǒng)模型中，只有前三個(gè)功能是內(nèi)置的。
除了有一個(gè)適當(dāng)?shù)男螤睿ㄌ卣鳎矫娑ㄎ坏谋砻姹仨氉銐虼笠赃m用于平面定位。平面定位候選特征尺寸必須與工件的三個(gè)整體尺寸相比較（圖6）。
圖6 平面定位面尺寸與工件三個(gè)整體尺寸的比較
3.2適合的側(cè)面定位表面
合適的表面特征是通過(guò)每個(gè)側(cè)面的定位類型建立的。側(cè)定位可分為導(dǎo)向定位和軸向定位。因此，對(duì)于導(dǎo)向定位和軸向定位，對(duì)它們的適用性測(cè)試是分開(kāi)進(jìn)行的。
導(dǎo)向的適合性必須從三個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試：表面形狀，表面尺寸和表面的位置。
對(duì)于軸向定位的適宜性必須從兩個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，即根據(jù)表面形狀和表面的位置。
根據(jù)表面形狀，一般在平面定位面上應(yīng)該有兩個(gè)孔。典型尺寸就是孔位之間的距離，這個(gè)距離不能小于平面定位面最長(zhǎng)邊的35%。
其他側(cè)面定位類型合適的表面可以用類似的方式定義。
3.3合適的夾緊面
合適的夾持表面必須從四個(gè)方面進(jìn)行考察，即根據(jù)表面形狀，表面的位置，夾緊力和表面尺寸。每一種夾緊類型都有合適的夾緊面。
4 對(duì)裝夾和夾具設(shè)計(jì)必要的信息輸入
基于特征的工件模型要通過(guò)工藝過(guò)程的規(guī)劃看似是不可避免的。然而，對(duì)于夾具方案的設(shè)計(jì)，除了特征的局部數(shù)據(jù)，工件模型必須包含工件的整體結(jié)構(gòu)，必須給出考慮特征之間的關(guān)系描述的可能性，這就是定位公差和尺寸公差。有一種解決此問(wèn)題的方法，將整個(gè)工件首先約束到六個(gè)面（頂部，底部，左，右，前，后），對(duì)于每個(gè)面，有一個(gè)或多個(gè)指定的等距平面，其位置由距離工件零點(diǎn)的距離確定（圖7）。這樣，每個(gè)特征的位置被定義為工件零點(diǎn)（其他也是以此方式）。
圖7 特征位置的定義。W為工件零點(diǎn)，R為特征參考點(diǎn)
特征自我的尺寸公差和定位公差（圖8）是工件模型的重要部分。特征之間的公差（“互連”功能）可分為粗略的和嚴(yán)格的公差關(guān)系。
圖8 連接表面的定位和距離公差
這些松散性公差關(guān)系之間的聯(lián)系組成了精度的相關(guān)要求，可較為容易的實(shí)現(xiàn)，即使是加工連接面由兩個(gè)夾具夾持的種情況也是如此。在這些功能性連接類型的情況下，就平行或垂直的工作臺(tái)而言，夾具的精度是至關(guān)重要的。在這一組中，以下類型的公差已經(jīng)確定：
1．定位公差
（a）兩個(gè)平面之間的平行或垂直。
（b）平面和軸之間的平行度或垂直度。
2．尺寸公差
（a）兩個(gè)平面之間。其公差帶是否為T≥0.2毫米。
（b）平面和軸之間，其公差帶是否為T≥0.2毫米。
這組嚴(yán)格公差之間的相互聯(lián)系組成了精度要求，可較為容易的實(shí)現(xiàn)，即使是加工連接面由兩個(gè)夾具夾持的種情況也是如此。這兩種情況分別是：高精度的夾具和工件的定位元件。這組包含以下類型的公差：
1．定位公差
（a）并行度，同軸度或兩軸之間的垂直度。
2．尺寸公差
（a）兩個(gè)平行軸之間。
（b）斜軸之間。
（c）平面和軸之間，其公差帶是否為T＜0.2毫米。
（d）兩個(gè)平面之間。其公差帶是否為T＜0.2毫米。
在這種連接類型中，相關(guān)面要在夾具中來(lái)加工，或者當(dāng)沒(méi)有其他解決方案時(shí)，這個(gè)面只能放在兩個(gè)夾具中完成加工。
這些屬性也擴(kuò)大到工件表面，所以包含嚴(yán)格連接特征的工件表面是嚴(yán)格連接起來(lái)的，只包含松散連接特征的工件表面是松散連接起來(lái)的。
基于特征的工件模型主要是通過(guò)識(shí)別來(lái)創(chuàng)造，通過(guò)專家來(lái)擴(kuò)展。
5 裝夾規(guī)劃和夾具設(shè)計(jì)
大多數(shù)研究人員將夾具設(shè)計(jì)過(guò)程分為幾個(gè)步驟：（1）裝夾規(guī)劃，（2）夾具方案設(shè)計(jì)，（3）夾具結(jié)構(gòu)。
在筆者看來(lái)，裝夾設(shè)計(jì)和夾具方案設(shè)計(jì)是相互關(guān)聯(lián)的，實(shí)際的設(shè)計(jì)任務(wù)不能被分成單獨(dú)的夾具或裝夾設(shè)計(jì)任務(wù)。這種新方法使裝夾與夾具設(shè)計(jì)任務(wù)和在某個(gè)集成系統(tǒng)中的研究發(fā)現(xiàn)的集成處理成為可能。
它是這樣假定的，加工是在臥式加工中心進(jìn)行的。在最好的情況下，工件四面要被加工的面，在臥式加工中心可以一步裝夾進(jìn)行加工。因?yàn)橐粋€(gè)箱體工件有六個(gè)面，所以它幾乎總是要進(jìn)行兩次裝夾。問(wèn)題是，哪些面要在一次裝夾中進(jìn)行加工，或者說(shuō)如何在機(jī)床工作空間中選擇工件的位置？這些問(wèn)題只能通過(guò)分析工件的精度要求來(lái)回答。顯然，要實(shí)現(xiàn)規(guī)定的公差，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ窃谝粋€(gè)裝夾中對(duì)這些模型進(jìn)行加工，這種裝夾與公差相互關(guān)聯(lián)。
機(jī)床工作空間中對(duì)工件位置的定義，以及裝夾的界定，必須參考工件的功能性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的定位。然而，這種方式選擇的工件位置，只有當(dāng)它是適用于夾具的解決方案（即適合的支撐，定位和夾緊），才是可以接受的。這一事實(shí)使裝夾規(guī)劃和夾具方案設(shè)計(jì)的集成方法成為需要。
裝夾，即夾緊，其功能性加工表面或大部分表面是受到主力夾緊，而在其余的加工表面則受到輔助夾緊。不考慮夾緊順序，主力夾緊的解決，比輔助夾緊更為重要。
圖9 部分裝夾和夾具解決方案AND–OR圖
基于上述聲明和約束方案，裝夾和夾具的解決方案恰是主力夾緊和輔助加緊的解決方案（圖9）。
6 主夾具的一般解決方案和操作順序
要解決主要夾緊結(jié)構(gòu)，必須設(shè)法在所有連接加工面的加工中心的工作區(qū)內(nèi)，找到工件的位置。以這種方式，可以獲得工件很高的準(zhǔn)確性，并同時(shí)達(dá)到夾具的精度要求，而且其復(fù)雜程度是最小的。工件的這個(gè)位置被稱為“工件理想的定位位置”。用這種方式可能是最好的夾具解決方案。
然而，在一些情況下，連接面的安置要面臨一個(gè)問(wèn)題，工件不能被放在理想的定位位置。在這種情況下，要針對(duì)性地找到工件的一個(gè)位置，這個(gè)位置在一次裝夾中至少對(duì)于嚴(yán)格連接面的加工是可能的。換句話說(shuō)，在這個(gè)階段可以不考慮松散連接面的影響。這樣，夾具的解決辦法仍然“合理”，但精度要求僅涉及到平行度或指向任何特征表面的垂直度（見(jiàn)4節(jié)）。
如果這個(gè)嘗試不成功，那么你必須放棄在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)所有的嚴(yán)格連接面加工的想法。同時(shí)，在某些情況下，不是整個(gè)面而是平面上嚴(yán)格連接特征（孔），在一次裝夾中都可以與其他嚴(yán)格連接面一起被加工（見(jiàn)6.3節(jié)）。
最后，當(dāng)枚舉法不行時(shí)，就必須在單獨(dú)的夾具中加工公差要求較高的面。在這種情況下，夾具的精度要求非常高。
考慮到上述方面，有以下四個(gè)對(duì)策來(lái)解決主夾具問(wèn)題（圖9）：
（1）用于獲得技術(shù)上理想工件位置的夾具解決方案
（2）基于忽略低精度公差面的夾具解決方案
（3）基于降低嚴(yán)格的公差，而將其部分地分配至松公差面和嚴(yán)格公差面的夾具解決方案
（4）使嚴(yán)格的功能關(guān)系失效的夾具解決方案
這種方法到目前為止還沒(méi)有獲得成功的方案同樣適用于夾具。采用第一種方法，我們得到了最好的結(jié)果。只有當(dāng)?shù)谝环N方案未能提供解決方法時(shí)，第一個(gè)策略才得以應(yīng)用。
6.1用于解決技術(shù)上理想工件位置而設(shè)的主夾具解決方法
該策略旨在找出機(jī)床工作空間中工件的位置，這將使得在一個(gè)夾能夠加工所有的相關(guān)面。在機(jī)床工作空間中，工件的可能位置由這種要求所決定的，它要求在一次裝夾中，所有的相關(guān)面都能被加工。根據(jù)平面定位的類型，這可以歸結(jié)為如下：
（1）對(duì)于水平面上的定位類型-位置1平面定位面和其對(duì)立面不能成為有公差關(guān)系的面，因?yàn)樵谝淮窝b夾中，不可能同其他面一起對(duì)它們進(jìn)行加工。
（2）對(duì)于垂直面上的定位類型-位置2-平面定位面，面對(duì)工作臺(tái)的平面和它的對(duì)立面，不能成為有公差關(guān)系的面。
由于水平面定位（位置.1）允許四個(gè)面的加工，而且?jiàn)A具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)會(huì)首先嘗試生成水平面定位類型的夾具的解決方案。如果這種嘗試失敗，就會(huì)有另一種嘗試：用垂直平面定位類型來(lái)解決夾具。
為了最后采用選定的工件位置，它應(yīng)該適合工件夾具的解決方案。當(dāng)平面和側(cè)面的定位和夾緊時(shí)較容易實(shí)現(xiàn)時(shí)，工件的這個(gè)位置就是適合的（圖10）。在接下來(lái)的步驟中，進(jìn)行側(cè)定位的合適性檢查。
圖10 技術(shù)上理想工件位置的部分AND–OR圖
如果對(duì)于一些側(cè)定位的可能類型中，它們?cè)谇‘?dāng)?shù)墓ぜ砩鲜呛线m的，那么這個(gè)選定的工件位置就適合側(cè)定位。接下來(lái)就是檢查夾緊的合適性。
對(duì)一些可能的夾持類型，如果在適當(dāng)?shù)墓ぜ嗣娴暮线m的表面（或面），那么該工件的位置被認(rèn)為是適用于夾持的。由于平面定位和側(cè)位定位的合適性已在前一階段得到檢查，所以?shī)A具方案已從技術(shù)角度達(dá)到理想的工件位置。如果該工件位置不適合裝夾，該位置就會(huì)被忽略，然后再去選擇一個(gè)新的位置，重新去檢查平面定位，側(cè)定位和夾緊的適宜性。
考慮到工件有6個(gè)面，在原則上，工件任何一個(gè)面都可以作為平面定位面，對(duì)于每個(gè)平面定位類型，工件在機(jī)床工作空間中有六個(gè)可能的位置，比如位置1和位置2。如果可能的工件位置均沒(méi)達(dá)到要求，這種基于理想的工件位置的夾具解決方案就不能解決問(wèn)題，這種方案應(yīng)該被拋棄。
6.2基于忽略低精度公差面的夾具解決方案
自從第一個(gè)策略，即假設(shè)所有的連接面必須是在一個(gè)裝夾中得以加工，就未能獲得一個(gè)夾具的解決方案，因此被迫減少這一要求，以滿足工件的位置，工件在這個(gè)位置下，其所有嚴(yán)格的公差相關(guān)的面在一次裝夾中進(jìn)行加工是可能的。除了在機(jī)床工作空間中，松散性公差的面在選擇工件位置的過(guò)程中被忽略，這一戰(zhàn)略是與前一個(gè)類似。這可以通過(guò)以下的方式構(gòu)想：
（1）在水平面上的定位類型情況下，平面定位面和其對(duì)立面不能是嚴(yán)格連接的面。
（2）在垂直面上的定位類型情況下，面對(duì)工作臺(tái)的面和其對(duì)立面不能是嚴(yán)格連接的面。
根據(jù)以往的要求，為了使假定的工件位置得以采用，它必須適合于平面定位，側(cè)面定位和夾緊。這一戰(zhàn)略，主夾具往往是第二考慮因素，這意味著只有已加工表面才可用于定位。一個(gè)工件位置的適宜性，以相同的方式像第一種策略那樣進(jìn)行檢查。
6.3基于降低嚴(yán)格的公差，而將其部分地分配至松公差面和嚴(yán)格公差面的夾具解決方案
當(dāng)前兩種策略失敗，這一方案才得以采取。如果不能對(duì)工件所有的嚴(yán)格連接面進(jìn)行加工，這一策略的重點(diǎn)就要找到這樣的夾具的解決方案，使在一個(gè)裝夾中完成至少所有嚴(yán)格連接特征面的加工。它采用對(duì)有嚴(yán)格公差面的分析，來(lái)找到這個(gè)的面，除了有嚴(yán)格公差的孔，還包括無(wú)公差的或低公差精度的面，都是適合定位和夾緊的。如果這樣的面存在，那么工件包含的所有表面，除了有嚴(yán)格公差的那些，將在在附加夾具中進(jìn)行加工。這個(gè)面將作為主夾具中的定位平面，通過(guò)這個(gè)定位，所有有嚴(yán)格公差的工件表面，包括定位平面上的這些面，將被加工。因?yàn)樵谶@種情況下，在定位平面上的一些表面被加工，這個(gè)平面的定位形式總是與局部的加工定位面相垂直（位置3）。
圖11 基于降低嚴(yán)格的公差，而將其部分地分配至松公差面和嚴(yán)格公差面的夾具解決方案部分AND–OR圖
工件的位置更精確的定義如下：面對(duì)工作臺(tái)的面及其對(duì)立面不能有嚴(yán)格的公差關(guān)系。這一戰(zhàn)略背后的邏輯可用AND–OR圖在圖11中進(jìn)行描述。對(duì)于夾具精度而言，該夾具的解決方案能夠允許無(wú)特殊要求情況下的加工精度，然而卻增加了夾具的復(fù)雜性。
6.4使嚴(yán)格的功能關(guān)系失效的夾具解決方案
如果所討論的策略沒(méi)有一個(gè)能產(chǎn)生所需要的解決方案，那么不得不被迫在分離的夾具中對(duì)有嚴(yán)格公差要求的表面進(jìn)行加工。因?yàn)檫@個(gè)原因，第二次裝夾的夾具必須非常準(zhǔn)確，這往往在滿足工件精度要求的過(guò)程中提供一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題?，F(xiàn)在，你只需要分析工件位置即可，而在這個(gè)工件位置上，其定位面是嚴(yán)格連接面中的一個(gè)。那就是，工件的其他可能位置已經(jīng)通過(guò)第一個(gè)三種策略的應(yīng)用得到分析，但方案沒(méi)有被解決。在在，第一步是通過(guò)這水平定位面，在機(jī)床工作空間中找到該工件的位置，這能保證與平面定位面相對(duì)的面沒(méi)有嚴(yán)格的公差關(guān)系。如果這種嘗試失敗，那么平面定位面和其對(duì)立面可以有嚴(yán)格的公差關(guān)系。對(duì)側(cè)定位形式的選擇必須要特別注意，它要在嚴(yán)格的面連接類型的基礎(chǔ)上進(jìn)行。對(duì)于這種策略，更詳細(xì)地描述見(jiàn)。
6.5夾具的內(nèi)容定義
在解決主要夾具時(shí)，下面的事實(shí)已為人所知：平面定位形式，主夾緊中工件的定位面，平面定位面平面，側(cè)面定位面，側(cè)面定位形式，導(dǎo)向表面與縱向表面，夾持形式與夾緊表面?；谶@些事實(shí)，它可以在主夾緊和輔助夾緊中減少技術(shù)操作。因此，必須定義哪一個(gè)特征面要在主夾具中加工，哪一個(gè)要在附加夾具中加工。當(dāng)平面定位形式在主夾具中是水平或垂直的時(shí)候，這個(gè)任務(wù)就比較容易。在這些情況下，是足以定義這些表面的（當(dāng)然所有特征都是一些面），它們將在主夾具或輔助夾具中進(jìn)行加工。當(dāng)垂直的平面定位形式在平面定位面進(jìn)行局部加工時(shí)，技術(shù)操作的減少給主夾緊和輔助夾緊更為復(fù)雜，因?yàn)橹鲓A緊的平面定位面在主夾具或輔助夾具中不得不進(jìn)行非完全的加工。為此，必須精確地去定義，在平面定位面中，哪些表面應(yīng)該在主夾具中加工，哪些應(yīng)在輔助夾具中加工（圖12）。
圖12 減少對(duì)裝夾的技術(shù)性操作
繼而在順序上，除了一種情況，輔助夾緊都要優(yōu)先。當(dāng)夾持方案在技術(shù)上理想的工件位置上被解決時(shí)，主夾緊才優(yōu)先，但在這個(gè)位置上，工件只有適用于平面定位的粗糙表面。
7 輔助夾緊夾具的概念性解決方案
輔助夾具的概念性解決方法，隨著技術(shù)操作在主夾緊和輔助夾緊中的減少應(yīng)運(yùn)而生。首先，必須有必要性的檢查下輔助夾緊，因?yàn)楫?dāng)工件只含有四個(gè)或更少的加工面，這樣的情況可能發(fā)生，這時(shí)它們可以在主夾具中進(jìn)行加工。在機(jī)床工作空間的工件位置，以這樣一種方式被選擇，來(lái)允許工件表面的加工，這些表面可在輔助夾具中進(jìn)行計(jì)劃性的加工。在輔助夾緊中，水平和垂直的平面定位形式可以得到應(yīng)用。假定工件位置也能滿足平面定位，側(cè)定位和夾緊的要求。
8 實(shí)施和測(cè)試的例子
集成工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由圖1中所示的幾個(gè)模塊組成的。夾具設(shè)計(jì)模塊是以虛擬Prolog編程語(yǔ)言的方式生效?；谔卣鞯墓ぜＰ?，是在CAD模型后處理模塊中生成，這個(gè)工件模型是夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸入端。基于此輸入，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可接受的為夾具定義的解決方案。對(duì)一個(gè)夾具解決方案的搜索是自動(dòng)進(jìn)行的，但在某些情況下，系統(tǒng)所提供的解決方案必須由用戶通過(guò)按“Y”鍵通過(guò)或按“N”來(lái)拒絕。夾緊點(diǎn)的選擇可能是首要的，因?yàn)樗赡艹鰥A緊元件阻礙加工的情況。就目前的發(fā)展水平，系統(tǒng)還無(wú)法探測(cè)推理這種情況。
8.1測(cè)試實(shí)例
上述方法已經(jīng)過(guò)工業(yè)部門的測(cè)試。圖13是一個(gè)典型的工件案例。工件上的表面（特征）被急記錄在案。隨著對(duì)工件幾何公差的分析，得出了以下事實(shí)：工件連接功能強(qiáng)的特征是標(biāo)有數(shù)字2，3，12和13的那些特征。松散連接的特征是途中的1和11。前面和后面分別是被強(qiáng)勁連接的面和頂部，底部，左、右面是自由面。
圖13 實(shí)例測(cè)試
在第一步驟中，該系統(tǒng)試圖解決主夾緊，用第一個(gè)方法，即運(yùn)用主夾具對(duì)工件的技術(shù)解決方案的理想位置。工件可以以技術(shù)理想的工件位置，放置在機(jī)床工作空間。例如，定位面放在底面，其原因是底面和頂面不是公差面，但底面由不適用于平面定位。因此，這種嘗試會(huì)失敗。在假設(shè)平面定位面在頂面、左面或右面，同樣的問(wèn)題也會(huì)發(fā)生。這就是為什么必須跳過(guò)第二個(gè)方法而去應(yīng)用第二種方法的原因。
通過(guò)應(yīng)用第二種方法，即基于忽略低精度公差面的夾具解決方案，同樣的問(wèn)題可能會(huì)像第一種策略那樣出現(xiàn)。
實(shí)際情況的專家系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。在后處理程序的幫助下，這個(gè)實(shí)際形式的輸出也能以另一種形式出現(xiàn)。
9 結(jié)論
根據(jù)對(duì)夾具典型局部任務(wù)的定義，以及對(duì)適宜定位和夾緊的面定義，已發(fā)現(xiàn)邏輯聯(lián)系，實(shí)際的關(guān)系和為夾具設(shè)計(jì)而提出的新方法，使夾具方案設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和的裝夾將可能實(shí)現(xiàn)。