机床夹具设计手册软件系统的研究

摘要：在分析和总结我国机床夹具设计技术手册资料的基础上，提出了夹具数字化设计手册软件系统的总体结构和一种基于Delphi对Solidworks二次开发的夹具标准件图形库，并论述了系统开发的关键技术与实施方法。系统具有数据查询、夹具主要部件的设计计算、标准件三维图库等功能。

关键词：机床夹具；数字化；手册；标准件；图形库。

中图分类号：TH16，TP391 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)22-803-03

Research on the System of Machine Tool Fixture Design Handbook

XIANG Bei-ping

(Manufacture Science and Engineering School, South-West University of Science and Technology, Mianyang 621010, China )

Abstract:Based on the serious analysis and summary of handbook datum on machine tool fixture design technology 3D of our country,the overall structure of digital handbook for fixture design and a graphic database system of machine tool fixture standardized parts based on the re-development of Solidworks with Delphi are brought forward, and the key technique and method of realizing the development of this system is discussed. The data query, design calculation for the main parts in fixture and 3D graphic database of standardized parts can be accomplished by this system.

Key words:Machine tool fixture;Digital;Handbook;Standardized parts;Graphic database

1 前言

在现代CAD技术向网络化、集成化、智能化方向发展的背景下，对夹具的计算机辅助设计也提出了新的要求。在应用CAD技术进行机床夹具设计过程中，设计人员仍然需要使用传统的纸质设计手册进行资料查询，影响了夹具设计的效率和质量。因此，开发机床夹具数字化手册软件系统，对于提高机床夹具设计效率和质量具有重要的作用。同时，在机床夹具设计中，有大约30％～70％的零件是标准件或非标常用件，这些零件大多具有相同或相似的外形特征，只是尺寸规格有所不同，如果没有三维标准件库，将不得不在夹具设计的创建和开发过程中。对标准件进行重复建模，不但耗费了设计人员的时间和精力，延长设计周期，而且增加了产品的生产制造成本，所以建立通用的符合国家和企业标准的标准件库是提高设计效率的保证，也是当前制造业信息化的基础研究工作之一。

在分析和总结我国机床夹具设计技术手册资料的基础上，应用现代CAD技术和数据库技术，用Delphi对Solidworks进行二次开发，完成了机床夹具数字化手册与夹具三维标准件库的集成。

2 系统的总体结构与功能

本系统从结构上主要包括两大部分：机床夹具数字化设计手册和夹具标准件三维图库。系统基本结构与模块组成（如图1所示）。其中夹具数字化设计手册部分主要包括数据查询、设计计算、结果输出等功能模块。

数据查询模块主要有两种查询方式：一是目录树查询，既通过目录直接查询，又能实现索引查讯和目录查找；二是使用数据查询菜单功能，进行模糊查讯和条件查讯，也可以在数据搜索中进行单记录、多记录及单元查询。数据查询模块主要提供夹具标准件的规格尺寸系列和相应的零件二维工程图。主要以数据表格和二维图形组成。数据查询模块能与设计计算模块等其他功能模块随时进行切换。

设计计算模块主要针对典型定位装置和典型夹紧装置设计中不同的设计条件进行分析计算，这里包含了很多种设计条件，对每一种设计条件编制计算程序，建立程序库，形成模块化结构。

结果输出模块提供三个功能：一是用户需要将计算结果另外保存或打印时可以将所需要的计算结果记录从表中取出存为文本文件输出；二是结果查询，用户可以在结果输出模块中查询先前的计算结果；三是可以对结果记录删除，也可将结果表中的数据清空。

夹具标准件三维图库部分主要是根据用户对零件结构尺寸的需要，调用Delphi对Solidworks的二次开发程序，启动Solidworks软件平台，实时生成对应零件结构尺寸的三维实体模型，然后输出所需的零件三维图形文件，用户也可以在Solidworks环境下对所需零件的图形进行编辑。

夹具标准件三维图库的数据资料包括了机床夹具设计手册中国家标准GB/T2148～GB/T2254-91中的所有零件、部件，共分为9大类70多种不同规格[1-2]。

夹具三维图库的特点：一、现用现生成，执行速度快，占用空间小；二、只通过修改参数表就可以修改标准，给标准件库的维护和扩充带来了极大的便利。它是一种非常可行的建库方法，也正代表了三维图库开发的前沿方向。

3 机床夹具数字化设计手册

系统主界面模块主要是提供系统主菜单和人机交互界面。在Windows操作系统下，用运行方式或用快捷方式在系统界面背景下激活主菜单。在主菜单状态下，用户可以进行各个菜单选择操作。

数据库包括四种数据，即夹具设计方法与原理等信息库、夹具零件结构尺寸数据库、夹具零部件二维结构图数据库以及计算结果数据库。其中前三种数据是只读的，计算结果数据库是可读写的，用户通过数据库管理程序可实现对该部分数据的日常管理，具体操作见结果输出模块。

程序库主要针对设计计算模块设计的，以实现设计计算的模块化。

这里以典型夹紧装置设计计算中的螺旋夹紧机构计算为例，选择的计算公式为“采用浮动压块或移动压块1”，计算结果显示在右下角的计算结果显示区。如图2所示。

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图2 螺旋夹紧机构设计计算运行实例

4 夹具标准件三维图库的实现方法

夹具标准件图形库是指以一定形式表示用于夹具设计的子图形的集合。它的作用是使夹具系统能拼装出一张符合要求的夹具装配图。图形库是建立夹具CAD系统的关键之一，因为夹具设计中涉及到大量的图形，如产品零件图、夹具装配图等，由于各种图形有各自的特点，因而要用不同的方法建立。而标准件零件图，因其规格尺寸较固定，可直接在Solidworks绘图状态下利用其功能用参数法绘制，这是因为这类零件结构一般固定，而尺寸不固定，需要根据查询到的尺寸来加以确定，然后生成零件图[3]。

本系统设计的关键在于用Delphi开发SolidWorks绘图功能模块。首先要创建SldWorks对象，然后通过创建好的SldWorks对象创建ModelDoc2、PartDoc等子对象，并用这些子对象完成零件的构建、编辑、修改和装配。SolidWorks作为自动化服务器，其提供自动化服务的类型库文件叫做“sldworks.tlb”，与sldworks.exe文件位于同一目录下。首先,选择“Project|Import Type Library”菜单项，在弹出的“Import Type Library”对话框中检查是否在注册表中注册了相应的类型库SldWorks 2003 Type Library。如果没有，点击“Add”按钮，选择安装目录下的sldworks.tlb文件进行注册。然后点选SldWorks 2003 Type Library，在Class names编辑框中将显示类型库所提供的所有类对象名字；为避免与Delphi本身的TComponent产生类名冲突，可以将编辑框中的TComponent改名为TSldComponent。点选“Install”或者“Create Unit”按钮，Delphi将在Import子目录下生成该类型库的Object Pascal“包装”文件sldworks_TLB.Pas，SolidWorks提供的所有API函数都包括在这个文件中。接下来就可以利用此一sldworks_TLB.Pas文件创建SoldWorks对象。

系统运行后，主界面如图3所示。

在参数显示区可以根据需要改变参数的值以达到设计要求，也可以通过右边的下拉菜单选择特定参数的值，如直径D，长度L，长度l。本例设定参数D为M5，L为25，l为15，其余参数按照标准规定由D确定。选择完所要的零件及其规格尺寸，点击绘制零件图，得到图4所示圆柱头调节支承的三维造型。

5 结束语

近几年，随着企业信息化进程的加快，广大工程技术人员通过使用计算机进行数据处理和设计计算工作，提高了产品设计效率和质量。利用计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）软件系统来完成夹具的设计过程是加速夹具设计、提高设计质量的一种技术方法。夹具数字化手册软件不仅是一种制造业基础信息资源支持平台，而且是面向信息化制造的信息源基础建设的核心组成。

本文从多方面论述了面向信息化制造的信息源基础建设的研究意义与软件立项的依据，并分析了系统的总体功能模型和软件结构模型，建立了系统的框架结构。本系统以实用为主要目标，提供多种方便的查询的方法（包括目录查讯，索引查讯、模糊查讯、条件查讯等方法）；能对典型的夹具定位与夹紧装置进行设计计算；提供三维参数化标准件图库。如果进一步发展，将单机模式下的夹具标准件图形库升级为网络环境下的远程夹具标准件图形库，使制造企业能很方便地通过网络获得标准件三维图形，从而更好地实现机械产品的远程设计和资源共享[4]。

参考文献：

[1] 王光斗，王春福.机床夹具设计手册[M]. 上海:上海科学技术出版社,2000,11.

[2] 《机械标准目录总览》编委会. 机械标准目录总览[M]. 北京:中国标准出版社,2002:48-180.

[3] 黎华，张济. 机床夹具参数化零部件图形库及其系统[J].制造技术与机床,2001,(3):10-12.

[4] 李双跃，殷国富，陈田. 基于三维特征建模的专用夹具CAD系统[J]. 四川大学学报（工程科学版）,2001,33(3):95-98.