專利名稱：基于快速成型工藝的快速夾具制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種利用快速成型加工工藝制造快速夾具的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在我國，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期一般要占據(jù)整個產(chǎn)品研制周期的50% 70%， 而工藝裝備的設(shè)計制造周期又占生產(chǎn)準(zhǔn)備周期的50% 70%，其中工藝裝備的準(zhǔn)備階段中有 70% 80%的時間用于夾具的設(shè)計和加工，周期長、效率低。廣泛應(yīng)用在展覽、運輸和檢測 過程中的夾具，要求個性化設(shè)計、小批量生產(chǎn)。因此，傳統(tǒng)夾具設(shè)計和加工方法已經(jīng)無法滿 足當(dāng)今企業(yè)的要求，市場迫切需要一種成本低廉且能夠迅速加工的夾具。
快速夾具出現(xiàn)以后，大尺寸、形狀復(fù)雜的零件生產(chǎn)出來以后可以用快速夾具進(jìn)行保護(hù)， 避免損壞變形等。裝夾好的零件可以非常方便地進(jìn)行檢査、測量、運輸、焊接、裝配、展示 等?？焖賷A具結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計與制造周期短、成本低且大部分原件可以回收等特點得到了制 造業(yè)的廣泛關(guān)注。比利時Materialize公司開發(fā)了快速夾具設(shè)計軟件(Magics Rapidfit)， 為目前的快速夾具提供了唯一的解決方案。但是，該方案存在以下缺點
1) 只支持格式為.stl的文件，無參數(shù)操作，通用性不強(qiáng)；
2) 不支持標(biāo)準(zhǔn)型材和非標(biāo)準(zhǔn)基板，不符合我國國情；
3) 智能化程度不高；
4) 夾頭尺寸過大，加工時間長，不能很好地滿足快速夾具的制造要求。 由于快速夾具制造思想出現(xiàn)的時間不長，還沒有固定經(jīng)驗和模式可以借鑒，現(xiàn)有的快速
夾具制造方法又存在上述弊端，因此探索適合我國國情的快速夾具制造方法迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于快速成型工藝的快速夾具制造 方法。其主要思想是利用計算機(jī)輔助建模的方法，根據(jù)工件的特性尺寸參數(shù)和夾具的功能要 求，建立夾具體模型，并創(chuàng)建不同類型的裝夾單元和夾頭模型，從而可實現(xiàn)快速夾具實體的
快速制造目的。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
根據(jù)實體工件模型，首先得到其包容體尺寸參數(shù)，然后根據(jù)該尺寸數(shù)據(jù)建立夾具體模 型，最后根據(jù)裝夾要求，創(chuàng)建合適的裝夾單元和夾頭模型。其中夾頭是利用RP工藝快速 成型得到，其夾持部分可以包括任意復(fù)雜形狀而不必考慮加工工藝的復(fù)雜性。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種基于快速成型工藝的快速夾具制造方法，其特征在于根據(jù)被加工工件的三維實體模 型數(shù)據(jù)，利用最小包容體算法得到夾具體的尺寸，然后根據(jù)夾具的功能要求，規(guī)劃裝夾單元 的位置，數(shù)量，并創(chuàng)建不同類型裝夾單元和夾頭，生成面向工件實體模型的快速夾具，最后 根據(jù)夾具各零件的功能，以及夾具各零件的加工特點，選擇快速成形，數(shù)控加工方法進(jìn)行制 造，其步驟如下
(1) 根據(jù)實體工件模型，利用最小包容體算法得到夾具體尺寸；
(2) 確定裝夾單元的夾持點位置；
(3) 確定基板；
(4) 確定夾具的三維模型；
(5)選擇快速成形，數(shù)控方法進(jìn)行制造夾具。
上述步驟(1)根據(jù)實體工件模型，利用最小包容體算法得到其尺寸參數(shù)的具體步驟為
(1) 數(shù)據(jù)獲取一一提取由客戶提供的零件三維模型；
(2) 模型位置確定一一根據(jù)快速夾具的作用(展覽、運輸和檢測等)，將零件三維模型放置 為最佳反映客戶需要的姿態(tài)。
上述步驟(2)確定裝夾單元的夾持點位置的具體步驟為-
(1) 主夾持點設(shè)置一一按照快速夾具定位原則，根據(jù)模型位置和快速夾具的作用，確定三個 夾持點；
(2) 輔夾持點的布局一_根據(jù)快速夾具的作用，考慮零件的穩(wěn)定、自重變形、受力變形、裝 卸、固定等因素，確定輔夾持點的數(shù)量和布局輔夾持點的位置；
上述步驟(3)確定基板的具體步驟為
(1) 根據(jù)零件位置的投影尺寸，給出基板長、寬、高的推薦值；
(2) 根據(jù)實際需要調(diào)整零件和基板之間的相對位置，并且根據(jù)選取的裝夾單元的夾持點位置， 在基板表面選定孔特征，供安裝裝夾單元使用；
上述步驟(4)確定夾具的三維模型的具體步驟為 (1)確定裝夾單元的結(jié)構(gòu)一一根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀，將裝夾單元分成A、 B兩類，A類裝夾 單元包括夾頭、支架和連接件，B類裝夾單元只有夾頭；若零件的夾持點與零件擺放后的最 低點小于80mm，選擇B類裝夾單元，若零件的夾持點與零件擺放后的最低點大于80mm，選擇 A類裝夾單元；(2)確定夾頭結(jié)構(gòu)一_對不同的夾持部位，夾頭分成卡夾頭(A類夾頭)、頂夾頭(B類夾頭)、 支撐夾頭(C類夾頭)和孔定位夾頭(D類夾頭)四類；A類夾頭多用作主夾頭，B類夾頭用于防 止大跨度薄壁件因自重產(chǎn)生變形，C類夾頭多用于展示或檢測，D類夾頭用于定位產(chǎn)品的內(nèi)孔； 根據(jù)輸入的夾頭直徑和夾持深度數(shù)據(jù)，拉伸得到夾頭主體部分；提取夾持點附近工件的表面， 抽取所需的邊界輪廓，做相應(yīng)的修剪，得到所需的邊界；將此邊界拉伸得到下一步修剪的片 體，對夾頭主體部分進(jìn)行修剪；夾頭主體部分和工件兩個實體之間的差運算，最后得到夾頭 的的三維模型；


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附圖1是本發(fā)明一個實施例的程序框圖。 附圖2為獲取工件模型參數(shù)的界面圖。 附圖3為確定基板模型的示意圖。 附圖4為基板位置調(diào)整示意圖。 附圖5為快速夾具的主、輔夾持點的布局規(guī)劃圖。
附圖6為快速夾具的裝夾單元類型圖，其中(a)圖為A類裝夾單元圖，(b)圖為B類裝 夾單元圖，圖中標(biāo)號為l一夾頭，2—支架，3—連接件。
附圖7為確定裝夾單元附圖8為夾頭的四種類型圖，其中圖(a)為A類夾頭圖，圖(b)為B類夾頭圖，圖(c) 為C類夾頭圖，圖(d)為D類夾頭圖。
附圖9為完成的快速夾具的立體示意圖。
實施例
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下
基于快速成形工藝的快速夾具制造方法是根據(jù)任意的一個工件的實體模型，通過計算機(jī) 處理獲得供展覽用的快速夾具模型，具體操作步驟如下(見圖l):
1. 輸入工件的質(zhì)量或者密度，計算得到工件的體積和重力；根據(jù)最小包容體算法，得到 工件的最大長度(見圖2);
2. 確定裝夾單元的夾持點位置，具體操作步驟為
(1)選擇菜單夾具一裝夾單元，打開裝夾單元設(shè)計對話框；(2)選擇"夾持點位置"，通過點構(gòu)造器選擇裝夾單元的夾持點；
3. 根據(jù)需要設(shè)計合適尺寸大小的基板，并且調(diào)整基板與工件之間的相對位置，具體操作 為
(1) 在LJGNX軟件里，選擇二次開發(fā)的菜單夾具一基板一基板設(shè)計，在出現(xiàn)的對話框里， 選擇"標(biāo)準(zhǔn)基板"，由工件尺寸得到了基板尺寸長、寬、高的推薦值，可以對這些參 數(shù)進(jìn)行修改；選擇0K，創(chuàng)建基板模型(見圖3);
(2) 選擇菜單夾具一基板一基板位置，在出現(xiàn)的對話框里，選擇"自動對齊"調(diào)整基板位 置可以獲得默認(rèn)的最佳位置；也可以通過"手動調(diào)整"群中的六個數(shù)值輸入框進(jìn)行 基板位置的微調(diào)(見圖4)。
4. 根據(jù)提示行的信息，選擇夾持點、夾頭類型，輸入夾頭的各項尺寸參數(shù)以后，創(chuàng)建裝 夾單元三維模型(見圖5-9),具體操作為
(1) 選擇"自定義型材"復(fù)選框，可以修改默認(rèn)的型材長度，同時也可以修改默認(rèn)的裝夾 單元類型；
(2) 根據(jù)裝夾要求，選擇"裝夾方案"下拉列表框中的夾頭類型；
(3) 在"夾頭直徑"和"夾持深度"兩個數(shù)值輸入框中輸入適當(dāng)?shù)膮?shù)；
(4) 選擇Apply,利用面選擇器選擇夾持點附近的工件表面，抽取所需的邊界輪廓，做相 應(yīng)的修剪，得到所需的邊界；再根據(jù)此邊界拉伸得到的片體，剪切夾頭本體；最后工 件和夾頭本體做布爾減運算，得到夾頭模型；
(5) 若是A類裝夾單元，根據(jù)夾持點與基板上表面之間的距離和夾頭高度，計算出型材高 度，利用拉伸功能得到型材；調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫中的型材模型；
(6) 根據(jù)A類和B類兩類裝夾單元，分別在基板上表面創(chuàng)建不同形式的定位孔。 完成上述步驟，最后獲得的就是滿足裝夾要求、滿足性能要求、滿足快速加工要求的快
速夾具模型(見圖9)。
需要說明，本發(fā)明中夾頭是利用RP工藝快速成型得到，故其夾持部分可以包括任意復(fù)雜 形狀而不必考慮加工工藝的復(fù)雜性。基于本發(fā)明制造得到的夾具模型，結(jié)合快速成型可制造 得到實體夾具，在制造過程中包括的內(nèi)容為
(1) 型材選擇一一型材是標(biāo)準(zhǔn)件；根據(jù)設(shè)計時選擇的夾持點位置自動計算型材長度，根據(jù) 夾頭的截面尺寸確定型材的截面形狀和尺寸，從而得到符合夾頭的型材模型；
(2) 確定連接件一一根據(jù)選擇的型材截面形狀和尺寸，以及連接件模板，確定連接件的尺 寸；(3) 夾頭的制造工藝一一利用光固化成型(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、熔融沉積(FDM)、 薄材疊層實體制造(L0M)和三維打印成型(3DP)等RP工藝加工快速夾具的關(guān)鍵零部 件一夾頭；
(4) 連接件的制造工藝一一連接件可以采用鋁板、ABS板或RP材料等，利用數(shù)控加工工藝 和SLS、 FDM、 SLA等RP加工工藝制造連接件；
(5) 基板的制造工藝— 一基板可以采用木板、鋁板、ABS板或復(fù)合板等材料，按照所設(shè)計 的基板，采用數(shù)控加工工藝制造基板；
(6) 快速夾具的裝配工藝一一按照所設(shè)計的快速夾具將所加工零件組裝成被測零件的快速 夾具。然后基于上面給出的快速成型制造步驟就可以得到實際的快速夾具。
權(quán)利要求
1. 一種基于快速成型工藝的快速夾具制造方法，其特征在于根據(jù)被加工工件的三維實體模型數(shù)據(jù)，利用最小包容體算法得到夾具體的尺寸，然后根據(jù)夾具的功能要求，規(guī)劃裝夾單元的位置，數(shù)量，并創(chuàng)建不同類型裝夾單元和夾頭，生成面向工件實體模型的快速夾具，最后根據(jù)夾具各零件的功能，以及夾具各零件的加工特點，選擇快速成形，數(shù)控加工方法進(jìn)行制造，其步驟如下(1)根據(jù)實體工件模型，利用最小包容體算法得到夾具體尺寸；(2)確定裝夾單元的夾持點位置；(3)確定基板；(4)確定夾具的三維模型；(5)選擇快速成形，數(shù)控方法進(jìn)行制造夾具。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速成型工藝的快速夾具制造方法，其特征在于步驟(1)根 據(jù)實體工件模型，利用最小包容體算法得到夾具體尺寸的具體步驟為(1) 數(shù)據(jù)獲取一一提取由客戶提供的工件三維模型；(2) 工件模型位置確定一_根據(jù)快速夾具的作用一展覽、運輸和檢測，將工件三維模型放 置為最佳反映客戶需要的姿態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速成型工藝的快速夾具制造方法，其特征在于歩驟(2)確 定裝夾單元的夾持點位置的具體步驟為(1) 主夾持點設(shè)置一—按照快速夾具定位原則，根據(jù)模型位置和快速夾具的作用，確定三 個夾持點；(2) 輔夾持點的布局_一根據(jù)快速夾具的作用，考慮零件的穩(wěn)定、自重變形、受力變形、 裝卸和固定因素，確定輔夾持點的數(shù)量和布局輔夾持點的位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速成型工藝的快速夾具制造方法，其特征在于步驟(3)確 定基板的具體步驟為-(1) 根據(jù)工件位置的投影尺寸，給出基板長、寬、高的推薦值；(2) 根據(jù)實際需要調(diào)整工件和基板之間的相對位置，并且根據(jù)選取的裝夾單元的夾持點位 置，在基板表面選定孔特征，供安裝裝夾單元使用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速成型工藝的快速夾具制造方法，其特征在于步驟(4)確 定夾具的三維模型的具體步驟為(1)確定裝夾單元的結(jié)構(gòu)一一根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形狀，將裝夾單元分成A、 B兩類，A類 裝夾單元包括夾頭、支架和連接件，B類裝夾單元只有夾頭；若工件的夾持點與工件擺放后的最低點小于80mm，選擇B類裝夾單元，若工件的夾持點與工件擺放后的最低點大于80隱， 選擇A類裝夾單元；(2)確定夾頭結(jié)構(gòu)一一對不同的夾持部位，夾頭分成卡夾頭即A類夾頭、頂夾頭即B類 夾頭、支撐夾頭即C類夾頭和孔定位夾頭即D類夾頭四類；A類夾頭多用作主夾頭，B類夾 頭用于防止大跨度薄壁件因自重產(chǎn)生變形，C類夾頭多用于展示或檢測，D類夾頭用于定位 產(chǎn)品的內(nèi)孔；根據(jù)輸入的夾頭直徑和夾持深度數(shù)據(jù)，拉伸得到夾頭主體部分；提取夾持點附 近工件的表面，抽取所需的邊界輪廓，做相應(yīng)的修剪，得到所需的邊界；將此邊界拉伸得到 下一步修剪的片體，對夾頭主體部分進(jìn)行修剪；夾頭主體部分和工件兩個實體之間的差運算， 最后得到夾頭的的三維模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于快速成型工藝的快速夾具制造方法。本方法是根據(jù)被加工工件的三維實體模型數(shù)據(jù)，利用最小包容體算法得到夾具體的尺寸，然后根據(jù)夾具的功能要求，規(guī)劃裝夾單元的位置、數(shù)量，創(chuàng)建不同類型裝夾單元和夾頭，生成面向工件實體模型的快速夾具模型，由此可實現(xiàn)根據(jù)零件夾具的功能，及夾具各部分特點，選擇快速成形加工方法進(jìn)行夾具實體的快速制造。
文檔編號B23P17/00GK101543949SQ200910050359
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者靜 余, 劉媛媛, 宋晨霞, 徐言直, 徐高春, 胡慶夕, 蔣榮龍, 譚月梅 申請人:上海大學(xué)