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1.绪论

1.1 课题研究的意义

任何设计都是时代的产物，它的不同的面貌，不同的特征反映着不同的历史时期的科技技术水平。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料、加工工艺、结构、产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。

夹具业多样化发展使得通用的夹具CAD软件不能完全满足企业的特殊要求，所有研究在通用图形软件的基础上二次开发企业自主的夹具CAD系统十分必要。如果进行二次开发，可以全面扩展其功能或将其功能集成到客户应用程序中，从而实现完全客户化【1】。

夹具可分为通用夹具、组合夹具、专用夹具几类。组合夹具和专用夹具设计时需要进行一系列的定位、夹紧、装配设计才能满足生产的要求。随着生产节奏的加快，能在短时间内由标准元件组装完成的组合夹具，受到诸多企业普遍的青睐。其不足之处是外形尺寸较大，笨重；刚性较差，同时由于所需元件的储备量大，故一次性投资费用较高;而且目前组合夹具的设计和组装仍采用落后的人工拼装和管理方法，大多数企业的组合夹具是根据工艺人员设计的工序图由组合夹具组装站进行组装。由于没有详细的装配图，组装时往往需要经过多次安装、调整才能达到要求，比较费时费力，不仅效率低、周期长，而且装配质量依赖丰富的生产经验和技术熟练的技工，这正是企业短缺的人才，客观上成为限制组合夹具广泛应用的障碍。另外，有些复杂的组合夹具由于装夹精度高，对人的经验依赖程度高，组装站担心拆卸后难以恢复，故需要长期保存，这就造成组合元件长期被占用，影响组合元件周转使用。

所以，在如今的市场上如果提供一个选择,并考虑到当今的科技,客户会喜欢根据其具体的需求选择一个产品建造。产品的定制通常需要个人拥有必要的产品知识和设计技能,并把它们应用在客户所需的要求和规格上，而且这个过程通常需要耗费很多时间。如果应用软件进行二次开发建立一个标准件三维实体模型库，用户选择标准件时，便能自动从库中取出，然后插入到装配体的指定位置，将大大简化设计工作，提高设计效率。同时用户可交换选择或修改标准件的某些参数，直接在装配环境中调用，使用极其方便

有效。

在产品设计中，大量应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标志。在机械产品中，有大约30%到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标准和企业标准的标准件库和典型组合库是提高设计效率的保证。专用夹具的设计更不例外。而一些优秀的三维CAD软件如UG. SolidEdge等都未提供机床夹具零部件库。为此，选择合适的三维CAD平台，研发一套适用于各类CAD逗系统的、通用的标准件库和机床夹具零部件库具有极其深远的意义和价值。 1.2 机床夹具标准件库研究的现状

夹具是制造企业一种重要的工艺装备资源，夹具设计是生产准备过程的关键环节。以多品种、小批量为代表的面向大规模定制生产模式，要求企业能够快速响应用户需求，缩短开发时间。夹具由于能够利用加工零件工艺上的相似性，且适应工件特征在一定范围内的变化而得到推广和应用，如何提高夹具设计效率成为需要重点解决的问题之一。参数化技术作为快速设计的常用手段，因此，夹具参数化生成和快速变形设计成为企业的迫切需要。

据统计，在夹具开发过程中标准件的使用率占到零件总数量的60%以上，以标准件的重复建模占用夹具设计的大量时间，而国内开发的标准件库大都都存在通用性不足和扩充性较差的缺点。非标准件通常形状不规则，结构也比标准件复杂，因此夹具设计时，夹具的结构尺寸依靠人的经验，而人的经验又往往不能被挖掘和再利用。同时，目前CAD软件的参数化设计功能尚难以很好地满足产品级参数化设计的需求。

目前，各种二次开发的系统如模具CAD、夹具CAD、组合夹具CAD等大多是基于AutoCAD平台开发的二维工程数据库。基于AutoCAD的机床夹具零部件库开发已有一定成果。其组成主要有如下几个功能模块:零部件库应用程序、零部件数据库、图片库。图片库用于存放不同种类夹具的工程图，供预览用。“零部件数据库”是将机床夹具零部数据文件，构成数据库，其中每种类型夹具不同规格的尺寸构成一个数据文件，供应用程序在AutoCAD中生成工程图用【2】。

一些优秀的三维CAD软件如UG.、SolidEdge等都未提供机床夹具零部件库。目前，进行简单开发的一些零部件库，大部分是基于CAD开发的三维图形库，或者说以块的形式存储的图形文件，一般也是针对专门的系统，可移植性不强。而且，这些图形库存在着一些问题：(1)不同系统开发的零部件库由于对零部件没有统一的描述格式，不能进行信息的交换，造成了资源的极大浪费;(2)包括的信息不完整，多数只描述零件的几何特性，而不包括材料、性能等级等技术信息;(3 )在建库方法上，多采用建立图库的方法，即把预先定义好的图形放入库中，需要时重新调用。由于机床夹具零部件的数量、种类、规格非常多，而且许多尺寸不是标准尺寸或固定值，全部做成图形要造成极大的资源浪费，而且有些零件也不可能全部做成图形，比如钻套的内孔尺寸、定位销的外圆柱面定位尺寸等，它们是由工件的加工要求确定的，可能是整数，也可能是几位小数，建立钻套及定位销模型时不可能预知这一尺寸，所以，我们需要寻求一种对这一信息的统一描述，包括尽可能多的信息，减少不必要的浪费【3】。

2．总体方案设计

2.1 系统开发所需工具

目前，在我国的CAD市场上比较流行的三维CAD软件有SolidWorks、MDT、UG、ProE、SolidEdge 等。但就价位来讲SolidWorks、MDT、SolidEdge是中低档价位的产品，UG、ProE、IDEAS是高中档价位的产品。考虑到SolidWorks的全球用户非常广泛（大约有20万），国外大多数制造公司招聘时都要求应聘人具备操作SolidWorks的能力。国际上很多一流的名校都将SolidWorks定为大学本科学生的必修课，如麻省理工学院、英国剑桥大学等。95%的西方企业要求员工回运用SolidWorks软件，SolidWorks连续几年被美国一些杂志评为优秀的CAD软件。而且SolidWorks的易上手，易操作性，所以在这里我们以SolidWorks为平台进行夹具库的二次开发。

SolidWorks的软件开发商为方便各类用户对其进行二次开发，提供了API(Application Programming Interface)应用编程接口，它是一个基于OLE(对象链接与嵌入)的编程接口，此接口为用户提供自由 、开放、功能完整的开发工具，其中包含了数以百计的功能函数，这些函数提供了程序员直接访问SolidWorks的能力。凡支持OLE编程的开发工具，如VisualC++, Visual Basic, Delphi等均可用于SolidWorks的二次开发。在此选用VB编程语言作为开发工具。采用Microsoft的Access来建立标准件参数特性数据库。这是由于Access

是VisualBasic的内部数据库，即缺省数据库类型。用Access建立的数据库(.mdb)可以在VisualB asic中使用;而且用VisualBasic可以直接建立Access数据库。因此，在VisualB asic中，Access数据库和VisualBasic数据库含义相同【4】。

另外，Visual Basic是一种由微软公司开发的包含协助开发环境的事件驱动编程语言。从任何标准来说，VB都是世界上使用人数最多的语言——不仅是盛赞VB的开发者还是抱怨VB的开发者的数量。它源自于BASIC编程语言。VB拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，可以轻易的使用DAO、RDO、ADO连接数据库，或者轻松的创建ActiveX控件。程序员可以轻松的使用VB提供的组件快速建立一个应用程序。

一个典型的VB进程VB的中心思想就是要便于程序员使用，无论是新手或者专家。VB使用了可以简单建立应用程序的GUI系统，但是又可以开发相当复杂的程序。VB的程序是一种基于窗体的可视化组件安排的联合，并且增加代码来指定组建的属性和方法。因为默认的属性和方法已经有一部分定义在了组件内，所以程序员不用写多少代码就可以完成一个简单的程序。 2.2 系统的设计思想

计算机辅助夹具设计系统应为工艺人员提供一个良好的设计服务环境，应具备快速获取相关信息、生成和存储、输入和输出、图形设计和处理能力以及良好的人机交互等功能。基于SolidWorks的CAM 系统参考人工设计夹具的过程，同时兼顾计算机处理问题的特点，面向夹具设计全过程，融三维参数化设计技术、交互式界面设计技术和数据库管理技术于一体，根据机床夹具零部件的具体特点，综合使用变异型(如夹具体)或创成型CAD(如标准零部件)和人机交互设计的混合方式，面向对象，通过三维参数化驱动技术，保证设计结果的一致性【5】。

另外，一个独立的EXE是一个独立的程序,有能力控制其他软件,有自己的接口。在这种情况下,Visual Basic软件被用来作为独立的EXE来结合SolidWorks和Excel软件定制模型，由此我们可以得出详细的系统体系结构（如图2.1）。

图2.1 详细的系统体系结构图

本课题作为CAFD系统的先期工作，将首先完成机床夹具定位件库的建立，并作进一步研究。

SolidWorks环境下零部件库的系统结构包括：用户界面、执行模块、零部件模型库、零部件特性参数数据库四个部分。其核心部分就是执行模块和零部件模型库及数据库，下面分别对各模块进行简单介绍。

1. 用户界面：用户与执行模块进行交互的窗口:可以从中输入所需的零件的 主参数，进行实时建模（对数据库中没有的数据参数可输入其所需参数进行实时绘制）。

2. 执行模块：核心部分，主要是对由界面输入的数据处理，与零部件库参数数据库进行交互，运算，通过API跟SolidWorks进行交互，对其操作，使其完成绘制相应实体的全过程。

3. 零部件参数数据库和模型库：为零部件的生成提供原形和具体参数信息，是零件的原始表现形式。

图2.1 给我们展示的不仅是零部件库的总体结构，它实质是给我们一种建立零部件库的思想。由图可以看出，其几大模块都是围绕着SolidWorks这个平台，其主要原因是绘图过程是由SolidWorks平台完成的。其它几个模块是以外挂的形式和SolidWorks平台相关联的，也就是说其它几个模块把处理后的信息汇总后通过接口API发向SolidWorks平台来完成画图。这种建模方式的优点体现在以下几点：

1. 数据库建立可以独立进行，不受任何条件约束，因为Access数据库的访问 操作已经标准化，己经形成标准化的数据库语言，在任何编程语言环境中都是通 用的。