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钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量．
　　 （ 1 ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差．
　　 （ 2 ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．
　　 （ 3 ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．
　　 （ 4 ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能．
　　 （ 5 ）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．
　　 （ 6 ）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性．
　　 （ 7 ）铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用．
　　 （ 8 ）钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性．
　 （ 9 ）钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力．
　　 （ 10 ）钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．
　　 （ 11 ）镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性．含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力．
　　 （ 12 ）硼；当钢中含有微量的（ 0.001 － 0.005 ％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高．
　　 （ 13 ）铝；能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效．提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等．
　　 （ 14 ）铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显．

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

（５）スポット対応～流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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曾经堆满了工作任务的制造厂家们如今却开始努力，并且这种努力随着大量制造业作业转向国外比较廉价的资源而变得愈发困难。

这种对美国制造商们的总体论断对与硅谷相关的半导体行业甚至更加突出。位于加利福尼亚州Fremont的FM Industries-NGK的一家子公司-正是从事这种行业。

David Miller是FM Industries的总裁。他说，他发现那些国外制造商们一直在填补技术方面的缺口。他说：“唯一的防御措施是提高效率和生产力。”对他的公司而言，这一点意味着不仅是加速，同时还要集成。

该公司主要为半导体生产中所用的处理腔体制造水蒸汽小管。组装是在Fremont工厂中心的一间净化间完成的。

为了对其产品需求下降这种情况作出响应，公司探索了增加客户业务份额的途径。公司自问：如果FM Industries不仅生产内部组件，同时生产成套腔体模块会是什么样的情景？

这种变化将简化客户供应链。还将扩充FM Industries作为重要技术技能资源的作用。而公司意识到这方面的主要挑战，不仅存在于洁净间，同时存在于CNC机加工车间。


该工厂认为接触式测头是刀库中最重要的工具。采用测头进行测量，
可以少用限制性的工夹，从而可以进行金属去除率较高的铣削而不至于使零件变形
本体零件

工厂必须着手加工这些成套腔体的本体。

这 些零件，由实心铝材弯曲而成，不仅制作精巧，同时还规格较大。典型的腔体本体尺寸为30英寸见方，14英寸厚。它具有大量复杂的细节，从一个腔体到另一个 腔体存在很大差别。为了成为一个外协式腔体制造商，FM Industries要求自己的工厂不仅要在经济实惠的情况下加工这些具有挑战意味的零件，同时还要将生产时间控制在很短的范围内-这是半导体供应链中一 种典型的现象。

第一步是获得正确的设备。该公司内部没有足够大的机床可以加工这些零件。它购买了一个马扎克（Mazak）Palletech单元，包括10个托盘和两台CAT-50#锥度、50马力、主轴转速为15,000 rpm的加工中心。

第二步比较困难。工厂必须开发一种可以高效使用该设备的工艺。

在 第一个加工腔体本体的机会到来时，该工厂从其功率较低的机床上借用了高速加工技术。工程主任Mark Filice说，结果没有发挥新设备的潜力。尽管满足了客户的最后交货日期连同其它要求，但Filice先生和其他人都明白如果公司要成功成为腔体供应 商，则必须将腔体本体加工的时间减少到这次加工时间的几分之一。

该工厂意识到，50#锥度机床可以调用它自己的所有高速加工工艺。这种发 现使得公司大大更改了工艺以获得更加高效的生产。公司最近借调的Kurt Sanfilippo先生在切割加工时间降低到一半之后也投入了这种努力过程。现任马扎克中心经理的Sanfilippo先生正用他自己在50#锥度方面 所拥有的一些经验来进一步促进工艺改善，从而将剩余的加工时间再降低2/3。

他指出，该工艺工程很多都是在切削以外发生的。

他说，在切削内，优化加工很可能发生在最高主轴转速以下。这是高功率和低功率机床之间最大的一个差异。

转速与金属去除率的对比

比切削速度更重要的是金属去除率。这也正是Sanfilippo先生关注的方面。

他 说，在40#锥度机床上，生产率最高的切削很可能发生在最高转速上。但是在50#锥度机床上，特别是在功率为50马力的机床上，最高金属去除率可能发生在 功率曲线上功率保持较高的某个点上。尽管该工厂一般确实采用最高转速用1英寸刀具进行精加工，但在粗加工或采用较大刀具时，该工厂更有可能采用 10,000 r/min的速度。低速使得该车间可以更多地利用主轴功率。通过对刀具和高速切削过程中的刀具路径进行战略性的选择，该工厂可以实现较高的进给速度，对每 单元主轴功率，实现6立方英寸/分钟的金属去除率。

但是用如此之快的速度去除如此多的材料存在工件表面质量差的风险。随着材料的内部应力 释放，存在变形的危险。因此，在高功率切削过程中，该工厂没有将太多的加工集中在一个部位，而是小心让刀具频繁离开工件，让它在零件上距离远的特征之间跳 动。通常刀具在两个对立面之间前后移动。

为了让刀具以这种方式从一个地方移到另一个地方，要对CAM软件自动产生的刀具路径进行严格的控制。它还对工件所保持的方式具有影响。

工夹

至今为止，腔体本体是用墓碑式夹具夹持到位的。也就是说，它们的夹持方式与卧式加工中心上大多数零件的夹持方式一样。

但 是墓碑式夹具限制了刀具的接近，因此限制了工厂获得更高金属去除率的能力。墓碑式夹具使得刀具无法达到零件的“后”面，即使托盘可以在B轴分度也是如此。 刀具在单次循环中唯一可以接触的两个对立面是两个“侧”面，在实践中墓碑式夹具甚至还会妨碍这两个面。因此，墓碑式夹具使得车间无法实现刀具在零件周围区 域之间频繁移动这样一种铣削策略。

因此该工厂现在转而采用这样一种过程，其中零件在底部固定，让零件四个面可以自由接近。完成该功能的工 夹采用公司自己开发的一种特殊设计。工夹不仅允许进行高金属去除率加工，同时还减少了装夹次数。以前需要10道工序的加工现在只需要5道。所采用的托盘数 也减少，从每个零件8个降低到了4个。

但是夹紧零件并非墓碑式夹具所完成的所有工作。它还将零件精确定位在三维空间内。例如，顶着墓碑式 夹具的方形面夹紧零件可以确保零件定位准确。而对于诸如腔体本体这样的弯曲件，在将被加工掉的原材料区域内钻的夹紧孔等会使原材料尺寸方面的差异不那么重 要。该车间通过什么方式保证对大零件仅通过其底边而实现同样精确的定位？

Sanfilippo先生说这个问题的答案来自测量。腔体本体的加工循环包括大量测量过程。他说：“测头是我们最重要的工具。”

测量

采用测头通过消除错误节省了时间。安装在机床主轴上的雷尼绍（Renishaw）接触式测头可以验证装入了正确的托盘，托盘上装的是正确的工件，工件已经正确定位。甚至进行频繁移动来证实测头本身在进行正确测量。

测 量还减少了装夹时间，因为操作员无须对零件的定位保证如此精准。无须操作员时刻移动和调节零件以配合加工程序的某些固定坐标系，CNC可以移动该坐标系而 配合由测头测出的工件位置。如果零件与托盘旋转轴相比定位偏心，则CNC可以用同样的量将其坐标系移动偏心，甚至补偿在托盘转动时产生的三角函数偏置。事 实上，如果工件本身没有正确地找正，则CNC可以在B轴中添加一个角度偏置，以补偿这种差异。

该工厂通过测量可以避免的一步是原材料的预加工。通过测量，CNC可以测量现有余量为多少，并依据相应要求而规定切深或加工的道数。

许多工厂要看到所有这些测量都会遇到困难。机床比较昂贵；它的时间很昂贵，因此一般认为该机床应该是用于加工的。相对较慢而安静的测量过程看起来是一种非生产过程。

但是通过降低装夹时间，这些测量过程对生产而言确实是需要的。借助测量，以前包括装夹时间在内需要2.5小时的一个工序降低到了1.5小时。此外，还可以降低加工误差，这样就可以创造更多的节省。

测量还对FM Industries公司所具备的高金属去除率切削多样性产生直接作用。在机床完成特别快的重负荷切削后，工件是否移位？通过测量可以检查出来。这样可以更加接近其工夹夹紧力运行，而不必将过程限制在过轻而过于谨慎的切削参数上。

其它方面

本 讨论中没有谈及所用的刀具、刀夹、转速和进给速度、刀具路径策略等，即各大车间在试图提高高速加工生产率方面一般要应付的工艺成分。FM Industries采用客户切削刀具和客户刀夹，因此太详细地讨论这些过程细节将会泄露一些专有秘密。但是同时，进行这样一种讨论将忽略与其它高速加工 应用相比，FM Industries过程中最重要的方式。将工艺设计为在切削中实现高效是大多数实践者探讨高速加工的方式。而围绕切削进行高效加工则提供了进一步改善工 艺的机会，而这些机会通常是在没有进行仔细研究的情况下就被放过了。


180把刀具

FM Industries的马扎克单元中的两台加工中心每台都带有180把刀具。这个数字听起来似乎很多。工程主任Mark Filice说：“对它的装刀速度之快，您会感到惊讶。”

对于早先在该单元上加工的零件，该工厂通常采用专用刀具，可以在零件的某些特征上节省循环时间。不同的零件号在这些刀具中调用不同的选择。公司不大欣赏的是存放和跟踪所有这些刀具所花费的成本太高，更不用说将它们从刀库中移进移出了。

现在重点是标准化。该公司想给两台机床配备同样标准化的180把刀具阵列-一种从来不需要改变的阵列。这种标准的刀具阵列已经在一台机床上到位，并且将很快转移到另一台机床上。

限 制该公司编程员密切而无限选择刀具意味着某些特征无法尽可能高效地加工。以前只需要一把刀具的场合现在可能需要4把刀具。但是这种差异只会导致加工中心上 额外时间很细微的增加。相比而言，管理数量更大且不断增长的刀具库存将意味着增加劳动力小时成本、人员精力分散以及错误机会-其代价比这种额外时间的成本 要大得多。

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HS模具工程公司为汽车和航空工业提供注塑模具，她使用了多种多样的卧式和立式铣床，来加工顾客的工件。在HS公司的加工中心，大型模具是任何时候的重点被加工对象。在那里，一些被加工的模芯和模腔部件重达一万磅甚至更多。安装这些笨重的钢质模块，特别是在卧式定位中，对于任何模具制造商来说都是一个值得关注的事情。

HS公司的Dale Hermiller介绍HS过去都是用传统方法来夹持模具："象爪形夹钳那样的机械夹具可以达到目的，但它们倾向于使人难以接近模具的所有方位，更重要的是要花时间来安装它们。这驱使HS模具公司寻求变化。"

大 约四五年之前，HS公司安装了第一个工件夹持磁铁。Hermiller说："当在一台铣床上试用磁铁的机会出现时，我们就将它装上，来评估它对 我们作业的用处。几乎就在瞬间，我们的安装时间就平均缩短了70-80％。过去要花一个小时或更长时间来完成的作业，现在用10-15分钟就能完成。

利用延伸杆可令机械师控制磁场渗入工件的深度。
对于加工模腔来说，这有助于控制切块的磁化。它也使钻通孔不会破坏磁性夹具。

Tecnomagnete公司生产HS模具公司所使用的磁铁。总的说来，有三种用于模具制造工厂的磁铁：机械转换式磁铁、电磁铁和永久性电磁铁。永久性电磁铁是专用于HS模具公司所进行的那类铣削加工应用中。机械转换式磁铁应用了一种永久磁化材料来夹持工件。磁体内部的机械转换控制杆将磁通引入工件将其夹住，而将磁通引出工件使其释放。这些机械式磁铁大多用来升降模具。机械式补充磁场的要求限制着磁铁的夹持能力。

对于要获得更大的夹持能力，电磁铁是第二个选择。它们利用电能来激活夹具的磁能，它们可转换至开或关位置。对于铣削加工来说，对电气线路的要求，和断电引起的潜在危险都使这类磁铁不是很实用。

永久性电磁铁结合了在工件夹具中的永久性磁铁和电磁铁两者的优点。它们在加工铁质材料的模具厂中获得了更为广泛的认可。在本质上，这些磁铁是永久性稀土磁铁，具有极高的夹持能力。这些磁铁被安放在一个框架中，而转换杆放在工件外面。

为了激活永久性电磁铁，通过框架中的一个端口来应用电能，将磁铁磁场由框内转至顶部。一旦它是处于工作状态，永久性电磁铁将夹持模具，直至施加了另外的电负荷来使它停止工作。

只要磁铁被通电，它能在车间内的机器之间被传送，而不会失去对工件的夹持。因为这些磁铁是永久性的，断电不是令人担心的问题。Hermiller说："在周末，我们将10000磅重的模具部件挂在水平铣床上，当星期一我们回来时，它们确实还在原来的位置上。"

HS模具公司能钻通孔而不会损伤磁铁。工件和磁铁的不相连使钻头能穿透工件。调整两者相隔的高度也可控制磁场渗入工件中的深度。Hermiller说："我们对钻头应用了直接冷却系统。"

从技术上来说，铣削加工应用的永久性电磁铁持续发展。越来越多地使用稀土磁铁材料，使夹持能力更大，而框架更薄更小。象HS模具公司已深入到这种夹具技术的工厂经常发现安装时间比传统的夹持方法有了引人注目的缩短。HS模具公司现在已经为它的四台大型铣床配置了这种夹具，其中两台水平，两台垂直。对于多数工厂来说，当安装磁铁时需要有一个调整。当看到10000磅的模块悬挂在一块石头上，而只有看不见的磁通保护着它时，总有一点点令人不安的。Hermiller说："不用担心它，它能起作用的。

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摘要：针对槽系组合夹具和专用夹具的设计特点，以Visual Foxpro 6.0为数据库平台，在Unigraphics为CAD平台上以VC++6.0为集成开发环境，开发了基于特征造型、参数化驱动的三维夹具设计CAD系统。系统介绍了夹具CAD系统研制中夹具数据库的系统原理、数据库的建立、库的操纵及其实现的技术方案。
关键词：夹具设计；数据库；参数化驱动；功能树；装配模型

1 引言

槽系组合夹具的设计、装配比较灵活，装配的形式多样，难度较大。在研究开发夹具CAD系统时以槽系组合夹具为基础，同时兼顾专用夹具，做到通用与专用相结合，可以较好地满足夹具设计的需要。

夹具数据库的设计是夹具设计的基础和关键部分，无论是组合夹具还是专用夹具的设计，夹具元部件库、组件库和夹具体库的设计与操作的优劣都直接影响着夹具设计的质量和效率。作者在开发计算机辅助夹具设计CAD系统时，借助Visual Foxpro6.0为数据库平台，在UGII的CAD平台上以Visual C++6.0为集成开发环境较好地解决了夹具设计中数据库建立与操作的问题。

2 夹具CAD系统的核心模块

夹具设计系统的核心模块为夹具设计平台的子模块，其功能模块如图]所示。

图1系统的核心模块

夹具设计平台的工作原理：首先由服务器端获取产品信息和制造工艺，通过功能结构与制造资源、工艺信息的映射推理对数据库中的功能组件进行查询。在获取可选的功能元部件和组件之后，在其基础上通过一定程度的改进得到各子功能结构的定位夹紧方案，从而得到夹具的初始方案。然后在初始方案的基础上进行精度分析、虚拟装配测试、结构的优化设计得到合理的夹具设计方案。在此功能模块中有两大核心任务：建立夹具元部件库、组件库、夹具库及功能结构与制造资源、工艺信息的知识推理库；精度分析、结构优化与仿真测试。

3 夹具数据库的系统原理

3.1 资源库与知识库

通过对组合夹具元部件的几何特征、功能信息进行分类记录和整理，可以建立夹具元部件库。同时根据夹具元部件的功能特征以及元部件之间的装配关系，建立夹具组件库。详细分析待加工产品工艺信息、加工精度要求及夹具应用方式建立知识推理库。图2是夹具设计过程涉及的资源库与知识库信息模型。

图2 资源库与知识库信息模型

3.2 夹具元部件库系统的原理

建立夹具元部件库的关键是按其信息模型生成具有参数化特性的夹具元部件设计信息，并以有效的组织方式存储于数据库中，供用户使用。夹具元部件库系统的核心是其信息模型，包括功能模型、特性模型、参数化特征模型、应用模式、材料与精度模型等五方面的内容。用户通过交互界面建立夹具元部件信息模型。输入的内容分为两类，一是三维参数化特征实体模型和特性数据；二是材料、精度、应用模式等信息。它们以一定的结构存贮于数据库中，提供对夹具元部件的完整描述。

夹具元部件主要应用于夹具的组装设计，设计者可方便根据功能和分类检索夹具元部件，并根据应用模型定义的装配定位方法将元部件置于合适的位置。对于组合夹具，系统提供生成装配示意图的功能，也就是装配爆炸图的工具，以及生成元部件明细表的工具。装说爆炸图可以用UG的功能二次开发实现。生成明细表时，则要读入夹具的装配模型，并从元部件库中引入元部件特征生成零件明细表。如图3所示。

图3 夹具元部件库系统原理图

3.3 夹具库系统的组成

根据对夹具元部件库系统功能的分析，系统采用了图4所示的结构。夹具库管理系统由创建夹具元部件库、创建夹具组件库、创建夹具体库、增加新元部件、删除元部件、修改元部件、元部件分类查询、建库支持工具、语义字典管理和精度分析算法库等模块组成。

4 夹具数据库的建立

对于组合夹具的设计主要集中在夹具体的概念设计、零部件的结构装配设计和结构优化设计等功能的基础上，概念设计完成后就进行结构的装配设计。装配设计的主要任务是从夹具元部件库中调入需要的对象进行装配，同时进行相应的编辑修改。对于专用夹具的设计重点则集中在夹具的定位、夹紧方案设计和结构的优化设计上，在进行专用夹具的设计时合理地利用夹具库中已有的元部件和结构有助于提高设计的效率。夹具的结构优化设计则主要完成夹具的稳定性分析、强度分析、精度分析和提高产品的加工效率上(如一副夹具上同时以对称、旋转或阵列的方式来定位多个工件)。夹具数据库的设计主要包括夹具元部件的图形库的建立、夹具元部件的工程信息库、图形库与工程信息库的映射、夹具库管理等几部分组成。

4.1 建立夹具元部件的图形库

为了提高夹具的设计质量和效率，在进行夹具图形库的建立时首先将夹具系统元部件按功能分类(UnitSort)为基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧及紧固件、合件、专用夹具零部件、辅助件等几大部分。夹具元部件的分类有助于夹具库的建立和操作，有利于夹具设计时对元部件的编辑和修改。

事实证明模型建立的正确与否在很大程度上决定了夹具设计过程的有效性和顺利程度。利用UGII强大的三维造型功能以参数化的思想进行夹具的实体造型，在进行元部件的图形设计时按照以下几点原则进行：参数的数目适当合理、几何约束完整、参数约束要完善、避免二义性的问题、排除异常情况、图层管理统一、实体颜色按类型管理。

为了提高夹具设计时的装配效率，在进行夹具元部件的图形设计时，按照槽系组合夹具和专用夹具的装配设计规律如槽槽对齐、槽键对齐、孔轴同心等对元部件的装配面进行特征属性面定义(FaceType)，当属性面定义完成后按装配方式(MateType)通过搜索对应的特征属性面进行装配设计，达到快速装配的目的。

4.2 建立夹具元部件的工程信息库

夹具工程信息库存储着工程信息，主要包括夹具元部件的文件序号、类型、名称、规格、参数、文件名、图形文件和bmp文件，通过分析夹具元部件及其所固有的属性按数据库规范建立实体-联系的E-R模型图、然后根据逻辑E-R模型图建立夹具元部件的主数据库，如表1所示为夹具元部件主库，由于一个元件或部件由多个系列组成，利用参数化的思想建立该元部件的参数库，如表2所示为夹具元部件的参数库。

表1 夹具元部件主库

表2 夹具元部件参救库

4.3 工程信息库与图形库的映射

图形库和工程信息库的映射是按照一定的规则建立图形库和信息库的联系，从而获得元部件的模型，包括文件名、控制参数、类型、名称、规格等数据；当对图形库或工程信息库进行修改的同时可以保持数据的独立性、一致性和完整性。

4.4 夹具元部件库的管理

系统根据元部件的不同功能将元部件分为几种主要的功能模型，功能模型可用功能树来表示。对夹具元部件装配的管理也就是功能树的建立与管理。功能树的建立与管理模块的基本功能包括功能树的建立、存取、树结点的增加与删除以及树结点的设计。为此设计了以下的数据结构对夹具元部件和功能树节点进行存储和操作：

(1)夹具元件信息存储

typedef struct part_attirbute {
char UnitSort[32]；/*夹具元件分类*/
char UnitName[32]；/*夹具元件名称*/
char UnitCode[32]；/*分类代号*/
char Specs[16]；/*规格*/
int Storeage；/*库存量*/
char bmpfile[64]；/*夹具元件Rmp文件*1
char ugfile[64]；/*夹具元件图形文件*/
char dbfile[64]；/*数据库文件名称*/
}USER_part_attribute, *USER_part_attribute_p_t；

(2) 功能树结点的数据结构

typedef struct Treenode {
char open；/*子类型结点是否展开的标识*-/
char describe[32]；/*功能结构单元名称*/
char bmpfile(133)；/*功能结构单元Bmp文件*/
char prtfile[133]；/*功能结构单元图形文件*1
char dbflile[133]；/*功能结构单元数据文件*j
struct Treenode*Tparent/*结点的父结点*/
struct Treenode*Tfirstchild；/*结点的第一子结点*/
struct Treenode*Tnextbrother；/*结点的下一个兄弟结点*/
)TREENODE；

在进行装配设计时，系统根据所建立的功能模型，从系统的功能结构树中调用相应的功能结构单元。通过生成的功能树反映了夹具设计的当前状态，可以从生成的功能树进入任何功能结构单元结点修改设计。同时可以编辑功能结构单元的装配关系，修改生成功能结构单元的参数，对功能件进行删除或替换。为此设计了以下一系列的方法对数据库和功能树结点进行相应的操作：

DBF *dbf_create(char*filename,intfldcount,DHF_STRU*dbf_stru) /*创建数据库*/
DBF *dbfopen(char*dbfname) /*打开数据库文件*/
struct dbftabdata*dbf_gettable1(char*tablename,char*sqlstr) /*从数据库中读数据，结果放在dbftabdata中*/
void dbf_delete_rowlist(TABDATA*table,ROWLIST*rl2,ROWLIST*rl) /*删除数据表中的记录*/
int dhf_TempDhfRestore(char*tablename,TABDATA*tabledata) /*恢复临时数据库(temp.dbf)中的内容到永久数据库中*/
extern int Load_Fixpart1(char*specs，char*fixname，tag_t*inst_tag) /*添加夹具元部件到工程中*/
in TREE-add-node(char*dbf_file,TREENODE*parent,TREENODE**mytree1) /*添加功能单元结点到功能树*/
int TREE_del_node(char*dbffile,TREENODE*tree,TREENODE**my_tree1) /*从功能树中删除功能单元结点*/
int TREE_display(int dialog_id，const char*item_id，TREENODE*tree) /*显示功能单元*/
int TREE_select_cb(int dialog_id，int index，char *bitmap_id,TREENODE*my_tree1) /*选择功能单元结点进行装配设计*/
void TREE_add_to_dbfile (char*dbffile，char *parent, char*describe) /*功能结构单元加入到数据库中*/
void TREE_del_from_dbfile(TABDATA*tablesort, char*parent, char*describe) /*功能结构单元从数据库中删除*/
.....

4 小结

夹具设计一直是现代制造业的一个瓶颈，尤其是在数控技术日益广泛应用的今天。数据库技术已经成为现代软件工程的基石，工程数据库技术也是制造业一直期待解决的问题。本文在对槽系组合夹具和专用夹具设计特点进行分析的基础上，分析了夹具CAD系统的核心模块、夹具数据库的系统原理和夹具数据的建立与操作等，并将数据库技术应用于计算机辅助夹具设计CAD系统的研制中，为该系统实际应用奠定了基础。

参考文献
[1]YinMing(Kevin)Rong,YaoXiang(Stephens)Zhu. Computer-Aided Fixture Design[M]. ASMe IMECE. SanFrancisco.1998.
[2]Hargmve S. Computer Aid Fixture Design：a Review[J]. International Journal of proceeding Research,1994, 32(4)：733-753
[3]Rong.Y And Y.Bai Automated Generation of Modular Fixture Configuretion Design Jaumid of Manufacturing Science and Engineering. 1991,(199)：208-219.
[4]朱耀祥，融亦鸣，朱剑，等 计算机辅助组合夹具设计系统的研究[J] 工机械工程学报，,1994,30(4)；40-46.
[5]刘文剑. 密执安大学 研制~组合夹具的计算机辅助设计[J] 组合机床与自动化加工技术,1992,(2)：44-47.
[6]范牧昌 人工智能在组合夹具设计中的应用[J]. 机电工程，1994.8(4)：5-7.

作者简介：王华侨(1974-)，男，硕士，工程师 研究方向为CAD/CAM/CAE、现代数控技术

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我们已经知道，工件必须相对切削刀具进行定位，而且必须牢固地固定在那个位置上。工件划线完毕以后，仍然有必要对机床的运动进行定位，并且在机加工开始前要把工件固定在那个位置上。

当要加工几个完全相同的工件时，使用钻模和夹具就可以取代对每个工件进行划线操作的必要，但如果在铸造和锻造中，则需要对一个试件进行划线，以确保工件能通过试件加工出来，同时也确保加强肋板、型芯等的位置正确。

钻 模和夹具的相同之处在于它们都含有能确保工件准确定位和加紧的装置，而它们的不同在于钻模在实际切削操作中包含有引导刀具的部分，而夹具没有。实际上，在 切削时能被引导的仅有的切削刀具是钻头，绞刀和类似的铣刀，因此钻模是用于钻削加工而夹具则用在其他加工工艺中。夹具可以包含相对定位系统进行安装的切削 工具。

1钻模和夹具的优点

1）省去了划线和其它测量与装夹的方法。
2）技术不熟练的工人在了解到工件可以准确定位。而且刀具可以准确地引导或安装的前提下，也可以快速而又自信地进行操作。
3）使零件的装配变得容易。因为所有零件在小的极限范围内都视为相同，而且零件试装和锉削操作都可省去。
4）使零件具有互换性。如果产品大范围销售的话，备用零件的问题就可以得到简化。

螺 栓孔常为螺栓留有1.5～3.0mm的间隙，因此读者也许会怀疑对此制造精确钻模的必要性。但我们必须记住，一旦钻模制成，它将用于许多零件，制造精确钻 模的额外费用也将分摊在大量产品上。此外，在机械装配过程中误差积累是小得惊人的。当间隙确定，我们应该确保它的习惯要求，而不是粗略的划出和加工出来。

工 件的定位。在空间完全自由的单元体的条件下，它有6个自由度。我们用3条互相垂直的XX,YY,ZZ轴来表示这6个自由度。单元体可沿任何一条轴线移动， 因此有3个平动自由度。单元体也可绕任何一条轴线转动，因此有3个转动自由度，总计有6个自由度。当对工件进行定位时，我们应该限制尽可能多的自由度来确 保操作达到所要求的精度。精度由定位面来保证，在加工过程中应尽早确定合适的定位面，如果没有出于其他考虑而必须采用其他定位面的话，我们应该用这些定位 面来进行所有的定位。如果必要的话，新的定位面应由旧的定位面定位加工出来。

夹紧。夹紧装置应使工件对着切削力。夹紧力不能太大而引起工件变形和破坏。工件应支撑在夹紧点的下面，以确保由钻模或夹具的主架来承担力，并将其传至机床的工作台和床身。当设计钻模和夹具时，夹紧装置的设计应确保提供合适的夹紧力和操作的快速和安全。

2钻模的定义

钻 模是一种用来确保工件在正确的位置上被钻孔，攻螺纹或绞孔的装置。它基本上是由一个夹紧组件构成的。该装置将工件保持在一个硬化套筒的下部，在钻空加工过 程中钻头便是在套筒里面并沿着套筒运动的。如果工件的构造比较简单，模具就可以直接夹在工件上。然而，在大多数情况下，模具是被固定在一个位置而工件是被 模具夹住的。这样工件在加工前后可以快速的导入导出模具。

钻模使钻孔，绞孔及攻螺纹的速度和精度比传统的手工方法高了很多。它的另一个优点是使用钻模并不对加工者有太高的技巧要求。孔的定位精度不靠操作者而是靠钻模保证。

限位钻模一般用在用来钻孔、绞空、攻螺纹的装置上。它一般不会被完全固定在使用它的机器上，可以在放置钻孔机的平台上移动，使套筒直接处于钻头的下方。限位钻模实际上限制并控制了刀具的运动路径。

如果加工过程中包括一些机加工过程，例如铣、刨、成型、车削等等，限位夹具便要用到了。夹具在机加工时夹持工件，但与钻模不同，没有专门引导刀具的装置。

3典型钻模和夹具

典 型钻模。例如用来在工件凸缘上加工四个孔的钻模，该工件除了四个孔以外已全部加工好。工件有一个精密切削成的孔，并用已经从孔、端面及圆柱进行定位。没有 必要限制围绕孔腔轴线的圆周位置，因为直到各孔被加工时，它都是相对于该轴心对称的。用来控制钻头的四个衬套被固定在钻模平板上，钻模平板能通过手螺母把 工件夹紧在设备底座上。
典型铣削夹具。例如用来铣削一个已经完成其他加工的工件的简易夹具。该工件通过底座四个孔中的两个和底座的内面定位。工件 被夹持在合适位置，切刀安装在安装台上，安装台保证安装或切入位置及切入深度。夹具必须相对于机器的工作台定位，这是通过把夹具底部的两个榫头嵌入机器工 作台上的开槽来达到的。夹具通过T型螺栓紧牢在工作台上，也嵌在工作台的槽上。

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作为高速加工的刀具夹紧技术，感应式收缩夹紧毫无疑问是一项先进技术，它在切削工艺中的应用正在逐渐增多。对于多轴加工来说，过去的问题在于需要将刀具调 节至额定长度，或者同样的刀具需要收缩至相同的长度。直到两年前，采用了不同的临时布线和机械调节辅助手段才使之成为现实。无论过去和现在，人们对收缩、 调节、测量和冷却系统进行组合的愿望都非常强烈。那些曾经得以展示的解决方案都已经初见雏形，但多数都依靠手动操作；在操作的精度和舒适度方面虽各有优 劣，但都不尽人意。2002年， Zoller公司在斯图加特的AMB展览会上展出了redomatic/cnc系统，主要展示了配备有全自动图像处理和3轴CNC控制的 venturion系统。通过加装特定的软件程序，可将这一系统作为自动定位系统和感应加热与冷却装置。在这一组合中，可将刀具长度调至额定数值，舒适且 安全，其精度可达±0.01mm。另外，它对刀具类型也没有限制，无论是钻头、阶梯锪钻，还是铣刀等。此后，由于价格的原因，Zoller公司推出了 redomatic/basis系统。该系统是半自动运行的，既通过向导式的对话框及相应程序进行操作，而不再是CNC控制。然而，相对于其他供应商所提 供的简单且廉价的解决方案而言，该系统并没有达到人们预期的廉价水平。为了真正满足价格要求，Zoller 公司又推出了redomatic/lc2系统。毋庸置疑的是，唯一正确的解决方案仍是redomatic/cnc系统，因其能够完全实现任何有关刀具调 节、收缩夹紧和测量的愿望。

调节长度有何作用？

获得最佳的刀具长度

该NC程序的编制特别适用于重复订单 的NC加工业务，可在工件最初定位时在机床上进行优化。在此，同时得以确定的还有刀具数据组（表）和刀具的整体长度及拆卸长度，这些都与所希望的加工设备 的配置等相符。至于后续订单，重要的是其装配时间得以缩短，而工件的质量和刀具的服务期限却可保持不变；准备刀具的形式也是类同的。因此，为了尽可能地将 额定长度设置成原来的规格，拆卸长度显得非常重要。这里的调节精度在0.1mm的范围即可，而实际长度随后则可通过校正数据加以精确确定，并传输至机床。 为了确定校正数值，调节和测量仪器的使用尤显必要。然而，为什么要在一台独立的仪器上先将刀具大约缩减至额定长度，然后再在其他系统上再次调节此刀具、以 确定校正后的长度呢？完全可以将这些工序与某一过程和系统集中起来。

无校正值的加工中心

在新型生产线的组织中，其发展趋 势表现在，为存储在机床中的刀具一次性确定校正值。之后，后续订单或刀具更换都必须根据相同的校正值进行。一般来说，每一把新的刀具都有一组新的校正数据 被送至机床作控制用，在此情况下，运行中的校正数据则不必进行更改了。这是从安全的角度出发，因此将新的刀具反复精确地调至额定长度是非常重要的。基于这 一点，人们至少需要一个redomatic/basis系统，一个同时又是一台具有所需精度的、完整的调节及测量设备的收缩系统。

多轴加工

多 轴加工正在全速推广应用之中。其加工时间更短，转速更高，刀具更换更快。在此，人们总是使用收缩衬套，而且其根据是体积小、惯性质量大和夹紧力大。但如果 人们想到了一个收缩衬套与一个可比的液压膨胀衬套之间的价格差异，那么对一台多轴机床的整体装备来说，其成本节约完全比不上一台 redomatic/cnc系统。在2002年底之前，其问题在于需要将刀具精确地调节至所需的长度。多轴机床为一把刀具所处理的仅仅是一个校正值，该数 值随后同样适用于其他轴，此类轴可以使用相同类型的刀具。所以，针对这一工序，可以有两把、三把、四把或更多的同类型、同编号的刀具收缩至相同的长度。根 据用户和市场评论员的说法，在所希望的周期时间和精度方面，只有redomatic/cnc系统满足要求。

理想工艺

待收 缩的刀具通过一个止动器被装入收缩衬套中去，其刀刃选择是由图像处理系统自动进行的。系统聚焦在刀刃上，找寻最大的刀刃或者在此直径范围内的最大刀刃，而 无须事先预热收缩衬套。一个特殊的定位系统(Zoller ASZA)在收缩衬套之内相对刀柄末端运动，并稍微提起刀具。这些都由照相机记录，并自动比较实际值与额定值；位于收缩衬套上的定位块由CNC控制定位在 额定位置上。即便是那些快速的加工过程，操作者亦有足够的控制时间。操作者拿起刀具和调节器，在线圈自动定位、收缩衬套被预热到最大必需温度（约 250℃）之后，就让刀具落入收缩衬套中。连接时即被冷却，在正常冷却时间之后自动进行控制测量。Zoller公司保证达到的精度在±0.01mm范围 内，多数时候精度更高。该系统操作舒适、便捷（循环时间为1.15分钟，包括40～60s冷却时间，算在辅助时间内），与刀柄末端的规格无关，没有收缩衬 套加热过度的危险隐患，而且没有热量传递到刀具安装轴上，无需交替进行调节与测量。因此可以节约大量的财力和时间，并达到独一无二的高精度。

辅助效用

除 了刀具被收缩至额定长度的精确性和便捷性之外，像redomatic这样的系统同时还具有全功能调节与测量仪器的优点。全自动、精确至微米级的图像处理， 及其所包含的标准测量流程和测图方法，使得刀具在安装到机床上之前的全程控制和检测成为可能。特别是在高速加工领域，在刀柄或刀刃上进行同心回转检测尤其 重要。其他的方式就是在仿形铣刀上控制半径轮廓，检查刀刃或文件汇编，以及全自动检测阶梯刀具包括自动标注尺寸，这样人们可以在调节仪器和测量仪器 (redomatic)上观测刀具在工件上的钻孔效果。尽管有如此多的优点和事实摆在了我们面前，有一点仍须注意，即只有将刀具缩减至所需长度的概念还需 要进一步加以探究，人们必须在购买之前对市场上现有的各种系统进行认真检测。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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引言

基于约束的建模不仅易于建立产品模型，而且便于对CAD模型作修改和操作。和以前建模方法比较，基于约束的组合夹具装配建模方法的优点是包含了夹具设计中很多问题的关联性；一旦定义了约束，特别在修改设计的过程中，只要改变其他条件就可以保持装配关系。

1、夹具的能模型

组合夹具是由一套预先制定好的各种不同形状、不同尺寸规格、具有互换性的标准元件或组件，按照一定的装配约束关系组合而成的。根据这个定义，可以把组合夹具表示为：G = { Vi ，ri ︱ri ∈R (Vi ，Vj ) ，Vi ∈}上式中，V 表示组合夹具元件的集合，Vi 表示组合夹具元件或组件； R 表示元件或组件间的约束关系的集合，ri 表示元件或组件间的一种约束关系。这样元件与元件之间形成了一种网状的关系，其中网状节点为元件(组件) ，节点间的联系依赖于它们的装配约束关系。

装配结构可以用两种方式显示某个装配设计：一个是逻辑结构，一个是图形结构。逻辑结构表达了组成装配模型的零件、子部件之间的层次关系，就象目录的树型结构。装配模型的逻辑层次结构通过图1的装配树表达。

图形结构是某个装配模型的几何表示，直观地用分解图表示。根部件：根部件是在生成一个新的装配图时自动产生的，是装配的最顶层。子部件：装配中的一个逻辑组，由零件构成的子装配，子部件可以嵌套任意深度。零件：层次结构中的最低一级，是单一实体，不能拆成更小的实体。

图1夹具装配树

夹具设计的最终目的是要实现夹具的功能。夹具的功能模型是对夹具的功能定义和功能行为进行描述和表达，是对夹具本质的定义。从夹具的结构出发可以定义各元件(组件)之间的功能相关性，使夹具模型中包含关于夹具功能、工作方式、工作状态的信息。功能模型是夹具模型是夹具层次结构的更高一级的抽象。本系统所谓的功能建模就是对夹具设计要求进行描述，将夹具的整体功能进行分解细化，每个子功能对应一个功能元件(组件) ，建立起夹具的功能结构树。

在本系统中采用的功能元件和功能关系来描述夹具的功能结构，其中功能关系表示功能元件之间的作用关系。夹具的功能模型是由夹具功能元件和功能关系构成的具有层次结构的功能树；树根表示夹具的总体功能，叶点表示夹具功 能的分解，即子功能。也就是说夫子节点间具有分解、继承和抽象的关系，父功能是子功能的目的，子功能是父功能的手段和实现，是父功能的具体化。同层次节点 间也具有并联或串联的关系，其相互作用相互依赖，作为手段共同完成一定的目的(父功能) ，构成功能并联关系；若按某种顺序依次作用，则构成功能串联关系。

2、三维结构装配技术及原理

装配关系是建立夹具零件、部件或者元件、组件之间内在约束关系的关键。夹具的装配关系一般是元件间的定位关系，通过定义元件间的位置关系能够描述出整个装配体中元件的空间位置和配合关系。

UG 创建的是参数化装配，可以在一个零件上多次施加约束，对零件施加约束就是减少零件自由度或运动类型，限制零件之间的相对运动，并且通过点、 边、轴或面的关联定位确定装配模型中零件的位置和配合方式。UG可以概括出如下三类基本的装配：自顶向下装配、自底向上装配、混合装配；八种配对约束：贴 合(Ma2te) 、对准(Align) 、角度(Angle) 、平行( Parallel) 、正交( Perpendicular) 、对中(Center) 、距离(Distance) 、相切(Tangent) 。值得指出的是，上述八类基本配合约束中，以“贴合”最为常见。

(1) 自底向上装配的基本概念是：某一个装配件的零部件的设计独立于该装配件的上一级装配之外，即先在该级中独立设计，再与上一级相连接。连接 后，特定零件相连的装配件将自动更新，反映所有的在零件阶段所做的改变。任何三维绘制的零件都可以有其他部件添加到它上面，因此，任何零部件都可能成为装 配件。可以开发几个用于添加到高一级装配件的次级装配件，这个高一级装配件同样也可以被用作更高一级配件的次级配件，装配件和次级装配件之间关系如下图2 所示，即一级装配件A由三个基本部件组成，装配件A完成后又可构成二级装配件B的次级装配件A，也可看做装配件B的一个部件。同理，装配件B又构成三级装 配件C的次级装配件B，依此类推，自底向上进行装配。其中基本部件可能是零件也可能是装配件。

图2自底向上分级装配

自 底向上设计过程是传统的CAD软件中通常使用的一种设计过 程。它的主要思想是先设计好各个零件，然后建立零件之间的几何约束关系并进行装配，如果在装配过程中发现某些零件不符合要求，诸如：零件与零件之间产生干 涉、某一零件根本无法进行安装等，就要对零件进行重新设计，重新装配，再发现问题，再进行修改等。设计过程由于事先没有一个很好的规划，没有一个全局的考 虑，设计阶段的重复工作很多，造成了时间和人力资源的浪费，工作效率低。

图3自顶向下装配方式一

(2)自顶向下装配有两种方式，原理如图3即首先创建唯一的也是最高级的装配件，再创建它其中的一个零部件，然后对该零部件做约束。值得注意的是在自顶向下装配法中，约束包括与其它部件的连接约束和对该零部件特征的简单约束。

自顶向下装配法方式二原理图如下：

图4自顶向下装配方式二

即先产生装配件，在其中为其部件做好所需几何约束体，当产生新部件时再向部件中添加所需约束。

在大多数时间，根据设计和约束需要，两种方式往往混合使用。对于约束，当使用连接约束时，意味着使用者可以根植设计的零部件到装配件的不同零部件。

(3)支持自顶向下/自底向上的并行装配方式。这是由两方面决定的： ①由虚拟装配系统建模的方法决定的； ②要区别于传统的组合夹具的装配。传统的组合夹具主要是工人凭经验和技巧手工装配起来的，因此具有很大的随意性。工人不同、经验不同、背景不同、心情不同都会影响装配结果；而且很多知识都是通过工人逐渐摸索、积累得到的，而且不易于保存。平面二维图纸只适于简单的装配，而不适于复杂装配。

为了改善夹具的装配质量，提高夹具的装配效率，我们将并行的思想和自顶向下/自底向上相结合的设计方法引入了组合夹具的装配建模过程。自顶向下/自底向上相结合的设计方法是综合考虑工程人员思维习惯及装配模型细节构建的一种设计过程。一般来说，功能复杂的组合夹具都不可能仅由几个元件组成，而必定是个装配体。因此正确的、符合思维习惯的组合夹具装配体设计过程应该是根据工件的实际要求定义组合夹具的粗略装配模型(自顶而下) ，确定需要选用的组合夹具各个元件的形状和它们之间的配合关系，然后在装配模型的约束下展开各组合夹具元件规格的详细选择(自底而上) ，同时对原先定义比较粗略的组合夹具装配模型予以细化或修改，经过几次自顶而下、自底向上的反复即可得到符合要求的组合夹具虚拟装配体设计。

3、基于约束的装配建模

在大多数组合夹具设计中，一套组合夹具往往是多个夹具元 件的组合，即装配体。所谓装配体是指由一系列离散的子部件按某个位置关系组合而成的具有特定功能的机械部件。装配体实现的关键是装配体内部各个子部件之间 的位置关系的确定。我们可以通过对子部件进行平移、旋转等几何变换命令来实现，系统根据用户输入的参数计算出变换矩阵，当然也可以直接输入子部件的变换矩 阵来实现。

装配建模有两种方法，即自底向上建模和自顶向下建模。前者是在整体方案确定后，设计人员利用CAD工具分别进行各个零件的详细 结构设计，然后定义 这些零件之间的装配关系，形成产品模型。后者首先建立产品的功能表达，并分析这种表达是否满足产品要求，然后当设计者利用CAD系统不断细化零件的几何结 构，以保证零件的结构满足产品的功能要求，建立产品模型。

组合夹具建模采用这两种方式的综合。因为实际的组合夹具设计并不是严格的自底向上设计，而是在整体上自底向上，在局部上仍存在自顶向下的工作方式。同时夹具功能要求和方案设计制约着夹具元件的结构设计，而夹具元件的详细结构设计反过来又影响着夹具的装配方案，夹具设计的过程实际上是夹具功能与方案设计和夹具元件结构详细设计的相互反复的过程，因此元件建模和夹具装配建模需结合进行。夹具的装配模型是建立在高层语义信息基础上的，因而夹具装配模型需要采用特征来建模。

组合夹具由下级元部件装配而成，部件又由更下级的元件和子部件组成。组合夹具CAD 系统利用装配的约束关系将这些元件和部件按照一定的层次装配成组合夹具。组合夹具的整体装配造型采取自底向上的工作方式，其装配过程一般分为两步：第一步是建立装配树。将要建立装配约束关系的元部件加到装配树中。

第二步是在装配树中给元部件添加约束，以逐渐减少元部件的自由度并使之按规定的约束组装起来形成组合夹具。

约束是特定元素间必须满足的一种关系，在形式上它可以表示为一原子合成，设C为N 维谓词符号，用于表示约束的种类，而Σ为受约束的元素集(如点、线、面等) ，则为符号表达式，用于表示某个约束的属性，那么一个约束可描述为：

( c e e2 … en - 1 v) 其中c∈C，ej ∈Σ，v∈V

通 过对实际装配体设计过程的考察，可以总结出以下几种常见的装配体约束条件，这些约束主要是从几何方面考虑的，因而约束作用的对象是部件的几何拓 扑元素。这些位置约束从工程设计角度可分为以下五类：(1)面配合(mate)及等距配合(mate offset) ：面配合要求装配体部件的两个表面相互接触，即两面的法向量相反，面的等距配合要求两个表面相向平行且相距某个距离。

配合(mate)可处理多种约束位置。所选择的几何体取决于所使用的配合约束类型。可选择的物体以及响应可实现的装配包括：

平面——平面/平面、平面/轴线；
轴线——轴线/轴线、平面/轴线、轴线/点；
点——点/点、点/轴线；
非平面表面(球面，圆锥，圆柱，或圆环) 。

不能选择如定义轴线的轮廓表面：定义实体截面的相切表面；非定义球面、圆锥面、圆柱体和圆环的表面。

(2) 对齐( align)及等距对齐(offset) ：对齐是指两个对象之间的重合关系，它又可分为面对齐，边对齐，点对齐及局部坐标系的对齐。面对齐是指两个表面重合且方向一致。边的对齐是指两条边重合在 同一直线上，点对齐是指两个点重合，局部坐标的对齐是指两个局部坐标系完全重合，等距对齐是指两个面平行且相距某个距离。

(3)插入( insert) ：描述孔与轴的配合关系，即要求孔的轴线与轴的轴线重合。

(4)同轴( coaxis) ：描述轴与轴之间的配合关系，要求两轴的轴线重合。

(5)定向(orient) ：要求两个平面两两平行，与等距对齐不同的是它不需要指定两个面之间的距离。

组合夹具CAD 系统的装配约束分为以下几种：配合、对齐、对准角度和插入，它们实现面与面、面与线、面与点、线与线、线与点和点与点之间的约束。面可以是平面也可以是圆 柱面，线可以是直线、轴线和矢量方向，点可以是实体顶点、端点和圆心等。通过约束(Constraints)消除工件的自由度进行装配。基于约束装配的例 子如图5，其中a图是轴工件，b图是铣键槽的组合夹具。

图5基于约束装配的例子
1. 长方形基础板2. 定向键3. 工件4. V形块支承5. 伸长压板6. 紧固螺栓7. 带肩六角螺母8. 弹簧9. 垫圈

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