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湖南科技大學本科生畢業(yè)設計
計算機輔助夾具設計 - 回顧與未來趨勢
J.塞西爾
虛擬企業(yè)工程實驗室（VEEL），工業(yè)工程處，新墨西哥州立大學，拉斯克魯塞斯，美國夾具設計是一個重要的工藝設計活動，因為它的自動化對計算機輔助設計和計算機輔助制造（CAM）的一體化是至關重要的。在本文提供了夾具設計最先進的國家的審查辦法。夾具設計現(xiàn)有目前的缺點方法和研究領域集中在不久的將來的發(fā)展也已確定。
關鍵詞：計算機輔助設計，計算機輔助制造;夾具設計
1．導言
夾具是是用來固定某個工件的位置的機構，利用機械工具來準確的固定工件和在加工過程中支撐著工件。通常情況下，夾具設計包括壓板，定位裝置和支撐裝置，以及相應的夾具元件來實現(xiàn)各自的職能。在制造業(yè)中，夾具設計的自動化是一個重要的研究領域，必須讓設計和制造實現(xiàn)一體化。夾具的設計是一項復雜的任務，作為一個關鍵的是設計制造環(huán)節(jié)，特別是在現(xiàn)代計算機集成制造（CIM）環(huán)境[1,2]。在計算機基于夾具設計自動化普遍被稱為計算機自動化或計算機輔助夾具設計（計算機輔助夾具設計）。
2．文獻回顧
2.1初步夾具設計有關的倡議
目前已在許多領域上發(fā)表了有關夾具設計的論文，嘗試自動化夾具設計過程沒有新的。在馬庫斯的初步工作和米勒中定位裝置和壓板裝置尚未實現(xiàn)自動化。采用的方法是互動的關系來選定夾緊，定位，支持點，然后選擇適當?shù)膴A具元件用在所需的位置上。這項工作沒有解決夾具設計自動化的任務。然而，它的企圖開發(fā)一個半自動化的方法，以便幫助夾具設計實現(xiàn)一代特定的零件設計。在主要定位表面及其相關定位的位置作為一個假設提出，并將問題歸結為
確定次要和最終的定位位置。Chou工作的重點是夾緊的夾具設計方面。夾具夾緊程序開發(fā)是基于工件穩(wěn)定的雙重標準和完全限制的要求?？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識到了發(fā)展計算機自動夾具設計（計算機輔助夾具設計）的方法的重要性。
其中夾，支撐和定位裝置的設計屬性自動生成了不同的零件設計。使用人工智能（AI）的方法，以及專家系統(tǒng)在夾具設計應用，另據(jù)報道[2,8-10]。 專家系統(tǒng)的方法被Nee et al.采納。 [11]執(zhí)行夾具設計任務時有個啟發(fā)式規(guī)則庫被用來生成夾具建議清單包括定位和夾具基本元素。一個給定的CAD產(chǎn)品設計模型，作為輸入端對夾具的設計任務。啟發(fā)式規(guī)則庫是用來生成夾具，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]，一項規(guī)則依據(jù)專家系統(tǒng)被定義下來，這確定了旋轉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)的體系結構來進行夾具設計，其他專家系統(tǒng)的夾具設計方法包括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的實現(xiàn)。賴特和海斯[15]介紹了加工發(fā)展的設計者，這是一種專家系統(tǒng)用作設置規(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。隨后自動的大鼓框夾夾具還用作夾緊裝置。在此基礎上研究，夾緊力和切削力的關系被提出馬庫斯[4]開發(fā)了一種專家系統(tǒng)，它是用來配置夾具用于設計關于零件的有幾何約束的規(guī)范和準則。 Asada 和經(jīng)過為使用磁性表定位器和一個機器人的集會運算的〔16〕執(zhí)行相似的夾具。夾緊位置的產(chǎn)生是因為設在表面上一電手鉆鉆頭的容易接近，NIST已經(jīng)設計的和執(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];流化床床已有報道[18]持有不同尋常的形狀的零件?；诎咐评硪脖挥脕碜鲎詣踊瘖A具設計活動的援助[11,19]。
2.3機理模型和模塊化夾具
其他計算機自動夾具的設計工作包括櫻井[20]，布爾馬和卡爾斯[21]和榮，朱[22]。在[20]，一個系統(tǒng)的發(fā)展是描述自動設置規(guī)劃和夾具設計。這兩個算法和啟發(fā)式開發(fā)方法生成和分析設置計劃和夾具配置。組件的實體模型（部分）是用作夾具設計任務的投入。那個要求成立規(guī)劃和設計，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方面和干涉刀具，工件和夾具元件。另一個相關方面的研究是在工件的變形加工。一個分析模型為基礎的彎曲變形用于獲得一個工件變形的估計。根據(jù)分析，提供更多的支持。 零件設計特點也發(fā)生使用其他研究人員開發(fā)夾具設計[9,23]。在[24]，一數(shù)學模型來確定夾具定位器和夾具;運動學分析的基礎上夾具設計描述在一些出版物，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系組合夾具的設計元素中詳細描述[29]的標準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定網(wǎng)如螺栓，夾具等，可用于建立一個夾具。一些研究人員聘用原則模塊化夾具生成夾具設計[1,13,22,30-38]。
2.4夾具設計方法
在[37]，半自動化系統(tǒng)介紹情況（當夾具點，區(qū)域被選中）模塊化組件自動識別和組裝。然而，鑒定在夾鉗，定位器，并支持（CLS）的點不是系統(tǒng)內(nèi)的決定（它們提供的是投入系統(tǒng)）。在相關的文件[38]，重點是幾何分析，它使用的幾何關系的分析CLS的組件之間和工件，初始對夾具裝配條件，開發(fā)自動化。戴相龍等。 [39]描述了一個模塊化的元素數(shù)據(jù)庫的建立方法，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，夾具設計基于遺傳算法（GA）和（神經(jīng)）神經(jīng)網(wǎng)絡的描述。GA其中一個裝置，每個可行的人口遺傳算法搜索夾具采用染色體進行評估或定義的目標適應度函數(shù)，這種方法的主要缺點是“設計”空間（或搜索空間）是非常大的，即使是相應的夾具問題，簡單的零件設計。在[33]，夾具面和點自動夾具的基礎上確定的表面可訪問性，穩(wěn)定性和功能的準確性。 [1]中，塞西爾IDEF的使用功能- 0（綜合定義）的夾具模型的設計活動為開發(fā)自動夾具設計方法的基礎;一個原型軟件系統(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計CAD模型生成模塊裝置。其他夾具相關工作，包括自動選擇初步定位和夾緊的位置 [41]，研究夾緊穩(wěn)定[42]，使用最小最大負荷準則衡量夾具的[43]，在選擇和夾具在最大的機械杠桿[44]，定位器的錯誤分析[45]，及加工精度分析核查夾具設計[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[47,48]。
3．結論和未來發(fā)展趨勢
雖然有大量夾具設計技術已經(jīng)提出并實施，在CAD，CAM等活動相結合夾具的設計仍繼續(xù)是一個重要的瓶頸。一個原因是，夾具的設計方法正在制訂
不完全集成與其他產(chǎn)品和工藝設計活動。雖然研究人員分析和研究方法自動化的方法，出現(xiàn)了一些工作支持開發(fā)方法，在設計的裝置并行工程（行政）的團隊為導向的環(huán)境。未來的夾具設計方法必須側重于方法，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官小組其他成員了解有關問題與潛在的夾具時，上下文評估的解決方案整體設計/制造周期的涉及其他專家，如產(chǎn)品設計，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。在夾具設計虛擬原型的概念的使用將使發(fā)展這些辦法中，備份夾具設計通過跨職能團隊?？梢员辉u價，研究，修改和更好的理解 還有一個需要發(fā)展夾具設計方法實現(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)劃和工藝設計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虛擬環(huán)境，可在異構計算平臺并實施了各種編程語言，這可能不是無縫相互交流。有一個需要為這個不斷變化的夾具設計方法國際制造加工，創(chuàng)新夾具設計方法必須開發(fā)出能快速地開發(fā)在信息技術（IT）導向型的制造業(yè)環(huán)境改變了過去5年，從根本上和任何新的計算機輔助夾具設計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)劃和在一個虛擬企業(yè)的環(huán)境。
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