基于UG的"自顶向下"夹具设计方法分析

引言

随着计算机技术的进步,三维辅助设计软件功能越来越强大,不仅可以进行结构设计,还可以进行力学分析、运动仿真、外观渲染等等,从而使计算机辅助设计技术得以广泛运用于机械产品的设计领域。在产品设计过程中,有两种设计思路,即"自顶向下"设计方法和"自底而上"设计方法。

所谓"自底而上"设计,简单来说,就是先进行零件设计与建模,然后再通过虚拟装配得到部件或机器。这是现阶段大多数设计师常常采用的方法,其过程如下:首先,工程技术人员根据设计要求,从零件开始,依据相关性能和设计条件,设计出由它们组成的大一点的部件,并不断试验和修正,然后再往上走一层,如此逐步地完成整个设计任务。它的优点是直接精准装配,简单、快速:但缺点也很明显,在产品设计过程中,往往存在着多个零件或部件在外形与结构之间的相互影响、相互依赖,这种设计方法在效率及控制设计错误等方面往往无法满足需要。

所谓"自顶向下"设计,是指根据设计要求,从产品的顶层开始,先建装配图,通过在装配中建立零件来完成整个产品设计的方法。其过程如下:根据产品功能要求,先设计出初步方案及其装配结构草图,再通过设计计算,进行零件的详细设计,通过几何约束求解将零件装配成产品,最后对设计方案进行分析和修正,完成最终设计。它的优点是方便边设计、边改、边装配,该方法常常用在新产品开发领域。

1UG/WAVE功能UG软件中的WAVE技术提供了一个参数化产品设计的平台,可用来定义、控制和评估产品模板,把概念设计与详细设计的变化自始至终地贯穿于整个产品设计的全过程。利用WAVE技术,用户可以使整个设计过程根据需求遵循"自顶向下"(top-doWn）的设计方式。

在装配环境中,点击

弹出如图1所示对话框。

UG/WAVE功能,可以关联复制曲线、点、基准、草图、面、体等几何要素,并且可以保持与被复制对象的关联性,实现关联性修改。下面以液压缸的专用钻夹具为例,说明其设计过程。

2加工零件及工艺描述

该零件为一液压缸(图2）,现以顶部油口的钻床夹具设计为例,说明自顶向下设计过程。

考虑加工方便和精度需要,采取底面及两63.5孔的一面两销定位,在数控机床上加工。根据零件工作图,启动UG,完成零件的造型,并保存。

当定位方案及夹紧方案确定后,此时,夹具的设计难点就已转变为对夹具体结构的设计,定位件及夹紧装置的结构可参考标准结构,但考虑到简化夹具体结构,也可做成非标件。在夹具体结构设计过程中,非常重要的一点就是定位件及夹紧装置的安装位置确定,同时,也要考虑零件的形状。

3夹具设计过程

（1）新建装配,将加工零件模型添加进来。

（2）设计定位销零件。

[装配]二[新建],新建一个组件,命名为dingweixiao1,并将其设定为工作部件。

选择,关联性复制零件上左侧定位孔的边线。将其拉伸出圆柱定位销,完善定位销其他部分的结构,考虑到夹具体结构问题,决定采取非标设计,完成圆柱定位销的构建（图3）。同理,完成右侧削边销的构建（图4）,并命名为dingweixiao2。

图3构建圆柱定位销

图4构建削边销

（3）设计定位板。

新建组件,命名为dingweiban1,并将其设定为工作部件。使用wAVE,关联复制零件定位面的两条边线（图5）,并以此两直线构建基准平面（图6）。

图5关联复制边线

图6构建基准平面

以此面为草图面,绘制定位板草图,并完成定位板的造型（图7）。新建组件,命名为dingweiban2,使用wAVE功能,关联复制定位板到右侧（图8）。

图7构建定位板

图8关联复制定位板

（4）夹具装置设计。

根据相关计算,采用偏心轮机构压紧。采取类似设计方法,完成压板、偏心轮等压紧装置设计,如图9所示。

图9夹紧装置设计

（5）夹具体设计。

夹具体的作用就是把定位元件、夹紧装置等零件连接在一起,并且便于与机床进行连接。从夹具体结构来说,其结构和尺寸均需根据定位、夹紧等位置来进行设计,因此采取"自顶向下"设计,非常有利于夹具体形状和位置的确定。采用如前所述方法,根据定位零件和夹紧装置的位置、尺寸大小,设计出夹具体,如图10所示。

图10钻孔专用夹具结构

至此,该专用夹具设计已完成。图11为该装配的导航器。

4结语

使用"自顶向下"的装配设计方法,可以根据相互有关联关系的零件之间的位置关系,建立新组件和几何件,并将几何件加入新组件,一个零件的构建是在装配环境中进行的,它允许设计者在高层产品设计发生变化时自动更新低层零部件的设计。在设计过程中,该方法更容易确定零件的尺寸和位置关系,使设计更为直观,从而大大提高了设计效率。