基于CATIA平台的夹具设计与组件干涉检验

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随着计算机技术的快速发展，尤其是三维设计软件的发展，为夹具实现低成本，短周期，高质量和低碳的设计提供了条件。在进行专用夹具的设计、以及对夹具组件进行各种干涉检验时，CATIA平台显示出优越性，特别是在建立专用夹具元件库及夹具可行性分析等方面有很大优势。

（本文案例来自夹具侠，搜索获取更多分享）

1 专用夹具快速响应系统的实施

1.1夹具设计要求的识别（输入）

夹具设计三类信息为零件的几何形状、工艺信息和装夹特征信息。零件的这些信息须在夹具设计的第一阶段进行识别，图1为从零件图和工艺过程中辨识的夹具设计信息。

通过与三维CAD系统的接口，用户在交互式的输入有关零件三维信息与工艺过程信息的同时，可对工艺路径进行可行性判断，同时判断出第一/第二定位表面的顺序，由此可以选定可定位表面。计算机根据用户输入的信息进行信息处理后，采用线性码和矩阵码表达这些信息。

图1 零件图和工艺过程中的夹具设计信息

1.2相似夹具识别和夹具结构设计

设计人员通过对零件几何形状及工艺信息的分析制定出定位和夹紧方法，通过已建立的夹具元件库检索出所需的定位和夹紧元件，在CATIA的装配（Assembly Design）环境中插入到指定位置。一些特殊的元件，则可根据已有的信息进行设计。当定位、夹紧元件放置后，可在装配（Assembly Design）环境中根据定位、夹紧元件设计出辅助件和支承件，对辅助件、支承件等进行细节设计，如图2所示。然后在三维环境下标出公差及工艺信息，为夹具设计的可行性分析等做好准备。

图2 钻夹具

2 夹具设计可行性分析

2.1刀具路径和夹具元件之间的干涉检查

在CATIA V5中，DMU中的Kinematics Simulator和DMU Fit－ting Simulator可用于刀具沿着刀具路径运动时找出与哪些夹具元件产生干涉，并把详细的干涉信息输出。刀具路径生成后再转到DMU Fitting Simulator进行干涉分析，如图3、图4所示。

图3 干涉检查流程图

图4 刀具路径干涉检验

以一个简单的钻夹具的刀具路径干涉检查为例。将钻头简化成圆柱体。刀具路径1为刀具运动路径之一，刀具路径2为另一运动刀具。对刀具和夹具在运动过程中的位置进行分析，可得图5、图6曲线。分别对为刀具路径1，2的干涉次数-时间分布图及位置图进行比较，可得路径2在（3.2～3.5）s有一次干涉，在（3.7～3.8）s有两次干涉。同时在路径2位置图中可以看到刀具和夹具发生干涉时的刀具干涉深度。

图5 路径1分析图

图6 路径2分析图

2.2夹具元件和元件之间的干涉检查和夹具组件之间的干涉检查（搜索夹具侠网站）

此类干涉分成两步检测，一为静态检测，即在夹具设计完成后，检测元件之间有无干涉；二为动态检测，即在夹具设计完成后，对装配过程进行模拟，分析在装配过程中有无干涉。操作时先把装配好的文件导入到DMU Fitting Simulator，按照夹具的装配给出每个部件的装配路径，在这个过程中应该给出各个部件的装配的运动距离信息，以便于发生干涉时，给出详细的干涉位置及深度，然后按顺序建立装配模拟，最后打开冲撞（Clash）分析。

图7 回转分度车床夹具

当遇到干涉时，干涉的元件将以高亮显示，这时可以选择停止或继续检测，当选择停止时，屏幕上将显示干涉信息如干涉位置、深度等。在分析过程中，CATIA可以把干涉信息及各个元件的位置信息以Excel和曲线图的形式输出。回转分度车床夹具装配的动态干涉分析图，如图8所示。

图8 车床夹具装配干涉分析图

3 夹具的精度分析强度和刚度校核

3.1夹具误差分析

定位精度是夹具最重要的性能指标。随着夹具的功能变得相对简单，从而其结构也就简化，所以主要问题是校核夹具精度，分析加工误差。在使用夹具的情况下，影响工件加工精度的因素可以归纳为：

（1）工件的定位误差；

（2）夹紧误差；

（3）对刀和导向误差；

（4）夹具在机床上的安装误差；

（5）加工方法误差。

根据以上五种误差的总和，判断是否能满足夹具设计的精度要求。

3.2夹具强度和刚度的校核

如图9、图10，对三角槽铣床夹具进行了应力分析和组件各点位移变形的分析。

图9 铣床夹具受力各点位移图

图10 铣床夹具应力变形图

4 结语

（1）专用夹具快速设计响应系统充分利用了CATIA设计、分析和加工等集成的优点，为夹具的快速设计提供了一条途径。

（2）专用夹具快速响应系统的构建为企业快速建立部件库和实现专用夹具的快速设计及制造提供了途径。

（3） 在CATIA V5中，Analysis & Simulation中的GenerativeStructural Analysis可以对夹具进行应力及位移变形的分析。

（4）在CATIA V5中，DMU中的Kinematics Simulator和DMUFitting Simulator的干涉检验可为夹具的设计提供跟多的可行性分析

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