基于Pro/E的组合夹具基础服务平台构建

摘要： 本文针对组合夹具元件标准化特点，以Access 为数据库平台，利用Pro/E软件建立了槽系、孔系组合夹具元件的三维参数化图库服务平台，介绍了服务平台的结构和用法。应用该服务平台对提高组合夹具的设计效率和设计质量有较好的推动作用。

Abstract： Aiming at the standard character of modular fixture element， the 3D parametrical element service platform of groove and hole modular fixture based on Pro/E is developed on the platform of Access database. The structure and usage of service system is introduced. Application of this service platform can improve the design efficiency and quality of modular fixture.

关键词： 组合夹具；数据库；标准件；Pro/E

Key words： modular fixture；database；standard part；Pro/E

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）29-0017-03

0 引言

组合夹具是由一套结构、尺寸已规格化、系列化和标准化的通用元件和合件组装而成的，是一种零部件可以多次重复使用的专用夹具。生产实践表明，与专用夹具相比，组合夹具具有以下特点：①使用灵活、适应范围广，可缩短生产准备周期；②可节省大量人力、物力，减少金属材料的消耗；③可减少存放专用夹具的库房面积，简化管理工作。但同时也存在外形尺寸较大、笨重刚性较差等不足。此外，由于所需元件的储备量大，故一次性投资费用较高。

组合夹具元件的结构国家标准已有规定，而且国内也有专门的生产厂家提供标准原件，但是组合夹具设计对于工程技术人员来说大部分依然停留在传统设计方面，无法满足现代设计与生产的需求。计算机辅助设计软件的更新，使夹具的设计向着三维化、集成化、智能化和网络化方向发展，但是国内的组合夹具商用服务平台尚未建立，导致技术需求和技术平台产生矛盾。

Pro/E版组合夹具元件三维服务平台是针对上述矛盾开发的一款计算机辅助设计软件，该软件可为组合夹具的计算机辅助设计提供方便，减少设计人员的重复劳动，使夹具设计效率大幅提高。

1 组合夹具基础服务平台的内容

组合夹具按组装时元件间连接基面的形状，可分为槽系和孔系两大类型。

1.1 槽系组合夹具 以槽（T形槽、键槽）和键相配合的方式来实现元件间的定位。根据定位槽的宽度尺寸可将槽系组合夹具元件划分为16mm、12mm、8mm（或6mm）三种型号，即大型、中型和小型组合夹具元件。用于组装车、铣、刨、磨、钻、镗等普通机床使用的夹具，以及检验、焊接和装配夹具等。通过对元件的改进与创新，槽系组合夹具在加工中心和数控机床上的应用也不断扩大。因元件的位置可沿槽的纵向做无级调节，故组装十分灵活，适用范围广，是最早发展起来的组合夹具系统。

槽系组合夹具元件型号系列和使用范围如表1所示。

槽系组合夹具元件可分为9类。

①基础件：包括各种规格尺寸的方形、矩形、圆形基础板和基础角铁等，基础件主要用作夹具体。

②支承件：包括各种规格尺寸的垫片、垫板、方形和矩形支承、角度支承、角铁、菱形板、V形块、螺孔板、伸长板等。支承件主要用作不同高度的支承和各种定位支承平面，是夹具体的骨架。

③定位件：包括各种定位销、定位盘、定位键、定位轴、各种定位支座、定位支承、锁孔支承、顶尖等。定位件主要用于确定元件与元件、元件与工件之间的相对位置，以保证夹具的装配精度和工件的加工精度。

④导向件：包括各种钻模板、钻套、铰套和导向支承等。导向件主要用来确定刀具与工件的相对位置，加工时起到引导刀具的作用。

⑤夹紧件：包括各种形状尺寸的压板，夹紧件主要用来将工件夹紧在夹具上，保证工件定位后的正确位置在外力的作用下不会变动。由于各种压板的主要表面都经过磨光，因此也常被用作定位挡板、连接板或其他用途。

⑥紧固件：包括各种螺栓、螺钉、螺母和垫圈等。紧固件主要用来把夹具上各种元件连接紧固成一个整体，并可通过压板把工件夹紧在夹具上。

⑦其他件：包括上述六类元件以外的各种用途的单一元件，如连接板、回转压板、浮动块、各种支承钉、支承帽、二爪支承、三爪支承、平衡块等。

⑧合件：指在组装过程中不拆散使用的独立部件。按其用途可分为定位合件、导向合件、夹紧合件和分度合件等。槽系组合夹具元件三维模型示例如表2所示。

1.2 孔系组合夹具 其主要元件表面为圆柱孔和螺纹孔组成的坐标孔系，通过定位销和螺栓来实现元件之间的组装和紧固。根据连接螺纹的直径可将孔系组合夹具元件分为M16、M12、M8三种型号，即大型、中型、小型孔系组合夹具元件。由于孔心已构成坐标系，零件加工的位置尺寸依靠数控编程易于自动控制，孔系组合夹具定位精度高，刚性好，组装简单，已成为加工中心、数控机床和柔性生产线的配套夹具，并得到越来越广泛的应用。

为了与槽系组合夹具元件分类基本对应，孔系组合夹具元件也划分为基础件、支承件、定位件、调整件、压紧件、紧固件、其他件、合件及组装工具九大类元件。孔、槽两系列元件分类对应，有利于两种元件相互结合使用。

①基础件。基础件按其形状与特征划分，可分为方形基础板、长方形基础板、圆形基础板、基础角铁、双面T形基础角铁和方箱、不带定位孔和螺孔的光面基础件七个品种。

②支承件。支承件可分为方形、长方形、L形、角铁形、圆形、扇形、四面、五面、槽孔过渡等22种。除宽角铁是铸件以外，其他支承件的材料都用20CrMnTi，并渗碳淬火，表面硬度58～62HRC，精磨的支承件外廓尺寸精度为

±0.01mm，定位孔中心与基面间的尺寸精度为±0.01mm。

③定位件。定位件按其作用可划分成如下三种：用于元件与元件定位的定位销；用于工件定位的元件，如圆形、菱形定位销和定位盘，连接定位盘，V形铁，可调定位板；用于基础板与机床工作台定位和紧固的元件（T形定位键）。

④调整件。调整件按其功能可划分为螺纹孔调整板、预制调整板和定位连接板三种不同结构的元件。调整件的高度尺寸精度都是±0.01mm，因此，调整件可以作为支承件使用。调整件主要有方形、长方形、扇形和圆形多螺纹孔调整板，单、双螺纹孔调整板，方形、长方形定位连接板，预制调整板和预制调整角铁等。

⑤压紧件。压紧件与槽系组合夹具相同，两个系列压紧工件的各种压板可以互换使用。槽系组合夹具的基础件都是淬火件，而孔系组合夹具的基础件是调质件，表面硬度较高。因此，在组装孔系组合夹具的夹紧结构时，应尽量避免直接用基础件的螺纹孔组装夹紧螺栓，压板的支承螺钉也不要直接压在基础板的表面上，尽量采用支承件或调整件等淬火件的螺孔组装夹紧螺栓，并用淬火件的表面支承压板，起到保护基础板的螺孔和工作面的作用，延长基础板的使用寿命。

⑥紧固件。紧固件借用了槽系组合夹具中的平垫圈、球面垫圈、锥面垫圈、六角螺母、厚螺母、双头螺栓、紧定螺钉和压紧螺钉，增加了内六角圆柱头螺钉、六角头螺栓和T形螺母三种紧固件。中型孔系列和中型槽系列组合夹具的连接螺纹都是M12×1.5，两个系列的紧固件完全通用。由于大型孔系列组合夹具的连接螺纹是M16粗牙螺纹，大型槽系列组合夹具的连接螺纹是M16×1.5细牙螺纹，因此，这两种型号元件的双头螺栓、压紧螺钉、紧定螺钉和螺母等紧固件不能互换使用。

⑦其他件。其他件主要有平面支钉、球面支钉、鳞齿支钉、支承帽、支承环、连接板、连接柱、压板支座、防尘堵、螺纹堵、密封堵等。

⑧合件。应用合件可以简化组装结构或夹紧操作，但合件占用的组装空间较大，因此在组装夹具过程中合件的使用会受到限制。常用的孔系组合夹具定位合件和夹紧合件有回转支承、浮动支承、三爪自定心支承、偏心夹紧机构、夹紧钳、侧向夹紧钳、可调夹紧机构、组合侧向夹紧钳、构型组合压板等。孔系组合夹具三维模型示例如表3所示。

2 组合夹具基础服务平台结构

组合夹具基础服务平台运行界面如图1所示。该界面主要包括4部分内容：①组合夹具分类，②二维示意图和三维渲染图，③标准件技术数据，④操作区，有二维放大、三维放大、显示（筛选数据工具）、详细数据、退出、打开、关于等操作按钮。

①查看二维示意图和三维渲染图。可以通过以下两种方法查看组合夹具的二维示意图和三维渲染图。

方法1：在“组合夹具分类”列表中按照标准件的标准名称和标准编号及其子分类查找零件。方法2：在用户界面上的“分类查找框”中输入待查数据。

②查看标准件的型号数据及其三维模型。查找到某元件后，选择下方标准件型号数据列表中的第一行数据，单击“详细数据”按钮，弹出“查看参数”界面，显示该行的详细数据。然后单击“打开”按钮，系统就会打开Pro/E软件，显示元件的Pro/E三维模型，如图2所示。

③使用数据筛选功能。当选定指定零件后，可以看到该零件的二维示意图、三维渲染图和数据详细列表。在数据详细列表中可以使用数据筛选功能。

④元件模型的使用和保存。在使用该平台时，可以在平台中查询并打开三维Pro/E模型，模型尺寸可按用户的要求进行修改，但是修改后的Pro/E模型如果下次还要使用，则必须使用菜单栏中的“文件”“另存为”命令，将修改后的文件重新保存，否则无法保存修改后的文件。

3 结论

本文应用Pro/E三维设计软件建立的组合夹具标准元件模型基础服务平台，应用该平台，技术人员实现组合夹具三维建模设计时，可以避免繁琐的建模工作，减少工作量和劳动强度，降低组合夹具设计成本。同时应用该平台的人机交互方法可大大避免不必要的疏忽和错误，能在短时间内找到适合的组合夹具元件，得到最优的组合夹具设计结果。

参考文献：

[1]曹岩，白瑀.组合夹具手册与三维图库（Pro/E版）.北京：化学工业出版社，2013.

[2]万宏强，姚敏茹，陈慧等.基于Pro/E的三维夹具设计[J].机械工程师，2010（4）：65-66.

[3]周凯华，阮五洲，刘虹.Pro/E在三维夹具设计中的应用[J].机床与液压，2008，36（5）：365-367.