CIM环境中柔性夹持系统的设计和实现

1 引言

随着产品日益面向用户，以增加额外变化为特征的生产系统导致产品品种增加和设计变更。采用柔性制造系统(FMS)技术意味着制造和装配线不受单种零件生产的限制，而真正柔性制造的**障碍是夹具过分专用、不可调整、不能迅速自动更换。因此，柔性制造系统要有名符其实的柔性，夹具也必须是柔性的。下面介绍在计算机集成制造环境(CIM)内柔性夹持子系统的规划和实现，及这种自动化子系统的引入对整个CIM环境的影响，并就目前和未来的活动讨论子系统数据结构的连接和集成方法。

2 柔性夹持策略

为了减少夹具的专用性，当前研究人员正在开发替换传统夹持方法的新途径，即柔性夹持。柔性夹持就是采用一种通用的夹持系统，为一族制造工序固定各种形状和尺寸的工件。采用这种装置**主要的优点有：

·减少了设计、制造专用夹具的时间和成本。

·节省了提供重复的专用夹具的开支。

·增强了规划和编程能力，对中小批量设计变化大，面向用户的产品可高效及时供货。

柔性夹持系统的开发大大地依赖现代制造和装配系统的重要组成部分CAD／CAE／CAPP／CAM和机器人／工厂自动化的集成。目前已经提出的柔性和自适应夹具的设计方案如图1。

 

采用模块式夹具去定位和紧固工件是德国研究人员的构思，通常用于机加工序。模块夹持法是用各种基础元件，如V型块、矩形块和夹持件去布置—付夹具，这些元件螺栓固定在带直孔或锥形孔的T型槽板或底板上(—般是机床床面)，并用测量装置(如高度尺、百分表等)**地调整定位。如果准备加工一件以上的工件，通常采用肘杆夹持器，以便迅速更换工件。夹持器化工件紧压在V型块和矩形块基准面上固定。目前这方面的研究集中在利用机器人自动完成夹具装配，及开发自动设计夹具装配的软件系统。

可重配夹具与模块式夹具类似，它也是采用大量可重组、可重新安排的元件，形成一定的装夹定位，紧固各种工件。这些元件通常由不同尺寸的定位器、夹持器组成，有时还用支承件。夹持元件重组的任务一般由机器人或装在系统中的专用装置完成。这些元件由机器人从库房获取并搬放在夹具平台上，继而调整夹持，固定工件。现己推出一些商品，如“DEA的五单元”用于汽车操纵屏检验、GFM公司用于航空工业平板和弧形板零件切边工序等可重配夹具系统。

3 计算机辅助柔性夹具设计(CAFFP)

柔性夹持系统分两方面：一是开发分析、验证和自动生成自动化系统所需的软件，二是开发各种制造过程的硬件。软件必须具备以下功能：

·预处理：从CAD数据库或类似的数据交换设备检索零件几何形状。

·夹具布局设计：借助知识规则和制造过程信息选择定位和夹持面。

·设计分析：完成所设计央具布局的远动学和力学分析。

·夹具选择：为有关工艺过程(如装配、焊接、机械加工等)选择具体组件。

·夹具验证：根据规划的制造过程验证所设计夹具布局的效果。

·干涉检测：提供央具装置的图形仿真并确定周期时间(Rp成本估算)。

·后处理：产生央具装置程序，生成所需资源的数据文件(清单)。

图2表示CAFFP系统的结构。必须指出，不同的制造过程也许要开发多种柔性夹持系统，这是因为夹持一种制造过程(如装配)的工件的要求有别于另一制造过程(如机加)的要求。因此，这些系统的硬件开发要与制造过程相适应，或与具有相同或相类似夹持的一族过程相适应。

 

4 CIM环境中柔性夹持的设计和实现

夹具的设计和编程是计算机辅助工艺设计(CAPP)中的重要任务，它是CIM环境中设计和制造之间的连接链。夹具策划系统有几个层次，都必须和工艺设计中的其他任务以及CIM中的其他活动集成在一起。集成分为技术和功能两级。CAFFP需变产品设计部门关于零件几何形状的信息(即CAD数据)，这样信息可为边界表示格式B—rep，或通过数据交换格式如IGES。要设计有效的夹具布局，必须有工艺设计信息，如机加刀具轨迹：制造工艺，如表面粗糙度。

CAPP系统必须把机床，机器人和夹持系统的信息和程序提供给生产部门(车间)，基本上不需要返回信息。此外，生产调度和控制(PPC)需要制造产品的资源信息。这种数据反映出需要的设备、夹持系统、加工时间等，供PPC计划和调度资源。图3表示CIM环境中各运行小组的示意图。工艺设计和夹具设计可以象设计和分析那样结合起米，形成描述模型中的CAPP。功能模块提供其他活动的信息流。必须指出，就组织上的集成而言，信息流十分依赖公司模型，因为各部门之间需要流通其他的信息。由于真止的CIM集成目前花费太高，而且．还存在一些争论(如保证数据冗余度，让信息畅通无阻)，故可以建立几个能实现要求集成效果的岛屿(如图3黑粗圆)。

 

5 结论

柔性夹持系统旨在减少专用夹具的设计和制造要求，目前工业型的系统正在工厂采用。因此，夹具设计作为计算机辅助工艺设计的重要部分，和CIM环境的重要功能，将成为未来CIM工作的重点之—。