如何能够在较短时间内研发出符合生产需求的产品？
基本上是原有的产品进行变型设计才能在多变的市场迅速推出。
变型设计是在保持产品基本功能、基本原理和基本结构不变的前提下，对产品的局部功能和结构进行调整和变更，以满足不同工作性能的要求，可以重用已有资源，显著提高产品的设计速度和质量。
这里给大家介绍一种机加夹具变型设计方法，以装夹特征为操作对象实现夹具设计的，简化夹具设计过程，提高夹具设计效率。
某航空发动机盘轴铣削夹具设计案例
图1 应用变形设计前的夹具设计流程
利用该夹具设计方法进行盘轴工序模型的夹具设计需要输入6个设计参数，并且在这过程中需要进行多次推导计算。 应用装夹特征的夹具变型设计方法的设计流程：
图2 应用装夹特征的夹具变型设计方法的设计流程
利用装夹特征的夹具变型设计方法完成盘轴工序模型的夹具设计不需要任何的计算和参数输入，仅需拾取 3 个装夹特征即可，有效提高了夹具的设计效率，并使夹具的设计更加直观。
通过应用这种方法的前后对比可以明显看出，应用到机加夹具设计中，可有效提高夹具的设计效率，具有很好的应用价值。接下来具体介绍一下这种根据装夹特征的夹具变型设计方法。
装夹特征的夹具变型设计原理
设计原理如下图3所示: 为工序模型设计夹具时，拾取工序模型的装夹特征，提取装夹特征的尺寸和相对位置参数作为设计参数; 然后将设计参数赋值给工序模型模板的驱动主参数，驱动夹具变型设计模版的变型，设计出与工序模型相适应的夹具实例，该夹具实例继承了夹具变型设计模板的功能和原理。
图3 基于装夹特征的机加夹具变型设计原理图
驱动主参数: 将工序模型模板上用来约束单个装夹特征尺寸或一组装夹特征相对位置的参数称为驱动主参数。
夹具变型设计模板: 夹具变型设计模板由工序模型模板和夹具模板组成。将工序模型模板的装夹特征与夹具模板的装夹结构建立关联，通过修改驱动主参数即可实现以工序模型模板装夹特征为驱动的夹具变型设计模板的变型。
夹具变型设计模板构建
夹具变型设计模板是在工序模型模板、夹具模板的基础上生成的，可将其构建过程分为基于装夹特征的工序模型模板构建、夹具模板构建和夹具变型设计模板的生成三个阶段。
1.工序模型模板构建
针对同类工序模型所设计的夹具，由于工序模型装夹特征的尺寸和相对位置的不同，导致夹具装夹结构的尺寸存在差异。通过构建工序模型模板，用驱动主参数约束装夹特征的尺寸和相对位置，当修改驱动主参数时，即可使工序模型模板上装夹特征的尺寸和相对位置发生变化，从而使针对工序模型模板所设计的参数化夹具满足所有同类工序模型的装夹要求。
工序模型模板构建时，首先分析同类工序模型在结构上的共性，构建包含主要结构的参数化模型; 然后在该参数化模型的基础上，用驱动主参数约束装夹特征的尺寸和相对位置，形成工序模型模板。
下图4为某航空发动机盘轴类零件工序模型模板的截面图，在该工序模型模板中，以驱动主参数 H 约束了定位面与压紧面之间的相对位置，以驱动主参数 D约束了定位外圆的尺寸，通过更改 H 值即可改变定位面与压紧面的相对位置，通过更改 D 值即可改变定位外圆的尺寸。
图4 工序模型模板截面图
利用驱动主参数约束装夹特征的尺寸和相对位置后，即建立了装夹特征与驱动主参数的关联关系，通过更改驱动主参数即可实现对装夹特征尺寸和相对位置的改变。
2.夹具模板构建
夹具模板是在分析同类工序模型夹具结构的基础上，针对工序模型模板所设计的参数化的夹具模型。夹具模板各变型组件的参数需要随驱动主参数的变化而变化，因此需建立夹具模板内部组件相关变型参数与驱动主参数直接或间接的关联关系，该关联关系如下图3所示。其中，辅助参数是指夹具模板组件中影响其他参数变化的参数; 独立参数是指夹具模板组件中不影响其他参数变化的参数。
图5 参数关联关系图
图 5 是在图 4 工序模型模板的基础上设计的夹具模板。以夹具模板中某辅助参数 d 与驱动主参数 D的关联为例介绍参数之间的关联方式: 由于夹具模板上定位外圆面的径向尺寸与工序模型模板上定位外圆面的径向尺寸具有相等的关系，因此建立了 d = D 的关联关系。这样在夹具设计过程中，通过拾取工序模型上的定位外圆面，并将定位外圆面的径向尺寸赋值给 D，即可驱动 d 部位的尺寸发生变化。
图6 夹具模板图
3.夹具变型设计模板的生成
将工序模型模板的装夹特征与夹具模板的装夹结构对应装配，并将驱动主参数添加到装配模型的属性中。该装配模型即成为夹具变型设计模板，采用交互式的驱动主参数提取方法，通过拾取工序模型模板上的装夹特征，获得装夹特征的尺寸，并将工序模型模板中的参数与该尺寸进行对比，把与该尺寸值相同的参数列出，由设计者选择出驱动主参数。
图7 驱动主参数提取过程示意图
完成对装配模型驱动主参数的提取后，将驱动主参数添加到装配模型的属性中，生成夹具变型设计模板。在夹具设计过程中，通过自动读取夹具变型设计模板的属性，获得驱动主参数，并对驱动主参数赋值，即可实现设计信息的获取与夹具设计的连续进行，减少了人为输入设计参数的环节，简化了夹具的设计过程。
图8是在图4工序模型模板和图6夹具模板的基础上生成的夹具变型设计模板，该夹具变型设计模板的模型属性中添加了驱动主参数信息。
图8 夹具变型设计模板图
夹具变型设计模板生成后，为保证用户在夹具设计时所拾取的装夹特征与设计人员在驱动主参数提取时所拾取的装夹特征准确对应，需要绘制工序模型模板的特征标示图作为工序模型装夹特征拾取的参照，将驱动主参数提取过程中所拾取的装夹特征进行标示。
图9是根据图8夹具变型设计模板的驱动主参数提取过程所绘制的特征标示图，参照该图拾取工序模型上对应位置的定位外圆，即可得到驱动 D 值发生变化的尺寸; 拾取定位面、压紧面这一对装夹特征，即可得到驱动 H 值发生变化的尺寸。
图9 特征标示图
以夹具变型设计模板为设计基础
1.建立模型属性的数据匹配机制
利用夹具变型设计模板进行夹具设计时，为将工序模型装夹特征的尺寸和相对位置参数准确赋值给驱动主参数，实现设计信息由工序模型到夹具变型设计模板的传递，利用模型属性完成数据匹配。
图10 基于模型属性的数据匹配机制
夹具设计过程中，通过拾取工序模型的装夹特征，获得装夹特征的尺寸；系统通过读取模型的属性，获得驱动主参数信息，并将装夹特征的尺寸与驱动主参数进行匹配，实现对驱动主参数的赋值，以此驱动夹具变型设计模板的变型。该数据匹配机制如图10所示。
2.更新组件参数，完成驱动变型
首先根据特征标示图拾取工序模型的装夹特征，获得装夹特征的尺寸和相对位置参数，该尺寸和相对位置参数为夹具的设计参数; 然后通过基于模型属性的数据匹配机制，将设计参数赋值给工序模型模板的驱动主参数; 驱动主参数的变化通过参数关联关系传递给夹具模板的辅助参数和独立参数。最后通过组件的参数更新，完成夹具变型设计模板的驱动变型，生成夹具实例。
图11 变型设计过程
（来源夹具侠）
发表于 2019-1-21 10:53:57
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