1 治具設(shè)計(jì)的概念
1.1 治具設(shè)計(jì)沿于臺(tái)灣的叫法,在大陸我們一般叫工裝夾具與檢具設(shè)計(jì)。
(1)夾治具(Fixture Jig)的定義:一般而言,凡是在機(jī)械制造過(guò)程中,使任何加工程序能加速、方便輔助裝置工具,均可稱為夾具(Fixture)。廣義的夾具可包括機(jī)器夾具,沖壓夾具,熱處理夾具,焊接夾具,裝配夾具等等。
(2)治具又分工裝治具,檢測(cè)治具兩種,前者用于機(jī)械加工、焊接加工、裝配等工藝便于加工、滿足精度的需求而設(shè)計(jì)的一種工裝夾具;后者為檢測(cè)使用,因?yàn)橛行C(jī)械尺寸不便于測(cè)量,因其形狀復(fù)雜,我們只好設(shè)計(jì)專門(mén)的檢測(cè)塊或者檢測(cè)用的針對(duì)某一種產(chǎn)品而設(shè)計(jì)檢具。
圖1 治具
1.2 治具主要特點(diǎn)
(1)設(shè)計(jì)多樣性:由于對(duì)產(chǎn)品處理工藝多樣化,如機(jī)加工、表面噴涂、檢測(cè)、膠合等工藝處理,因?yàn)樾枰闹尉叻N類相對(duì)繁多,零配件復(fù)雜多樣化;
(2)仿形設(shè)計(jì):和性腔模具不同,治具僅用于夾持和固定產(chǎn)品,所以其主要零件跟產(chǎn)品造型相似,有仿形也有避讓。
1.3 治具設(shè)計(jì)對(duì)軟件的要求
(1)方便快捷的設(shè)計(jì)處理能力;(2)快速的仿形避讓處理;(3)豐富的零配件庫(kù)和自定義標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件的能力;(4)高效處理設(shè)計(jì)變更的能力。
2 傳統(tǒng)治具設(shè)計(jì)制造流程
2.1 傳統(tǒng)治具設(shè)計(jì)制造流程
圖2 傳統(tǒng)治具設(shè)計(jì)制造流程
2.2 傳統(tǒng)治具設(shè)計(jì)制造流程分析
從上述流程圖我們可以清晰的看到傳統(tǒng)治具設(shè)計(jì)制造的整個(gè)流程,在這個(gè)過(guò)程中我們可以看到使用到的軟件就涉及多款軟件,所以對(duì)工程師的要求和能力培養(yǎng)成本就很高,并且多款軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換可能會(huì)造成一定的數(shù)據(jù)丟失和損壞,以致最終的制造不合格;另外,在2D軟件中繪制的避讓區(qū)域圖導(dǎo)入3D軟件以后,在2D圖中創(chuàng)建的那些避讓區(qū)輔助圖如果保存著肯定會(huì)增加材料管理工作量,不便于管理。
3 CimatronE治具全3D設(shè)計(jì)制造流程
3.1 CimatronE治具全3D設(shè)計(jì)制造流程
以下我們通過(guò)一個(gè)案例來(lái)介紹CimatronE全3D治具設(shè)計(jì)。
(1)在準(zhǔn)備做支撐塊設(shè)計(jì)之前先根據(jù)產(chǎn)品處理工藝的不同需求,可在CimatronE軟件中設(shè)計(jì)好相應(yīng)的治具架結(jié)構(gòu),并且可以將這些治具架客自化成公司的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行使用,這樣可以極大的節(jié)省治具設(shè)計(jì)的時(shí)間:
圖3 CimatronE設(shè)計(jì)治具架
(2)根據(jù)不同產(chǎn)品處理工藝,調(diào)用現(xiàn)成合適的治具架結(jié)構(gòu)(本案例調(diào)用上升式治具架結(jié)構(gòu)):
圖4 調(diào)入治具架
(3)調(diào)入需要做支撐塊設(shè)計(jì)的產(chǎn)品至合適的位置:
圖5 調(diào)入產(chǎn)品圖
(4)由于針對(duì)的產(chǎn)品大小形狀都不統(tǒng)一,所以加載產(chǎn)品以后需要根據(jù)不同的產(chǎn)品尺寸再調(diào)整整套治具架的相關(guān)尺寸,在CimatronE軟件中采用專業(yè)的裝配尺寸對(duì)話框,可以在三維狀態(tài)下調(diào)整合適的結(jié)構(gòu)尺寸:
圖6 調(diào)整整套治具架尺寸
(5)支撐塊的設(shè)計(jì),在傳統(tǒng)治具設(shè)計(jì)過(guò)程中支撐塊采用的是壓板和支撐塊在一起進(jìn)行設(shè)計(jì),當(dāng)進(jìn)行支撐塊的設(shè)計(jì)的時(shí)候不方便觀察上壓板是否干涉支撐塊的相關(guān)位置,同理做壓板設(shè)計(jì)的時(shí)候也不方便觀察支撐塊是否干涉,為了避免此問(wèn)題在CimatronE全3D治具設(shè)計(jì)中出現(xiàn),我們推薦采用快速分模將產(chǎn)品快速的分出上下兩個(gè)部分,分別進(jìn)行上壓板和支撐塊的設(shè)計(jì),這樣就可以分別隱藏上下面進(jìn)行壓板和支撐塊的設(shè)計(jì):
圖7 分出上下面
(6)在創(chuàng)建支撐塊主體之前先創(chuàng)建讓位槽,傳統(tǒng)創(chuàng)建讓位區(qū)域采用在2D環(huán)境下手動(dòng)繪制草圖,在2D環(huán)境下創(chuàng)建讓位區(qū)域?qū)υO(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)要求非常高,且出錯(cuò)率較高,當(dāng)導(dǎo)入3D軟件中設(shè)計(jì)好支撐塊主體以后再需要修改讓位區(qū)域就非常麻煩,因?yàn)槌叽鐓?shù)不能關(guān)聯(lián)。CimatronE全3D設(shè)計(jì)采用的是利用讓位標(biāo)準(zhǔn)件和隨形線框功能,并且參數(shù)可以相互關(guān)聯(lián)便于后期的修改:
圖8 設(shè)計(jì)讓位
(7)創(chuàng)建支撐塊主體,結(jié)合CimatronE全3D造型設(shè)計(jì)以及仿形切割實(shí)體功能,快速創(chuàng)建支撐塊主體:
圖9 設(shè)計(jì)支撐塊
(8)在完成讓位槽和支撐塊主體設(shè)計(jì)之后,就需要添加相應(yīng)的組件完成整套治具的設(shè)計(jì),像汽缸、電子眼、五通、加熱棒、軸承套等均可在CimatronE軟件中定義為標(biāo)準(zhǔn)件或非標(biāo)件,然后在治具裝配設(shè)計(jì)的時(shí)候只需要加載即可。
圖10 自定義標(biāo)準(zhǔn)件
另外,CimatronE軟件自帶多大30多種標(biāo)準(zhǔn)件,通用的螺栓螺帽均可直接調(diào)取使用:
圖11 調(diào)入自帶標(biāo)準(zhǔn)件
(9)所需要的標(biāo)準(zhǔn)件、客自化件、支撐塊主體、壓板等部件都設(shè)計(jì)完成并組裝完整以后,為了保證每個(gè)裝配件之間不發(fā)生干涉,CimatronE軟件支持每個(gè)部件之間的干涉檢查分析,可以快速直觀的看到每個(gè)部件之間的干涉且可以顯示局部細(xì)節(jié)情況:
圖12 干涉檢查分析
找到干涉區(qū)域,并可快速的修改。
(10)在完成以上的所有操作流程并完成治具設(shè)計(jì),后續(xù)出現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)設(shè)変的時(shí)候,CimatronE全3D設(shè)計(jì)模式采用專業(yè)的設(shè)変處理功能,減少因?yàn)閭鹘y(tǒng)3D軟件全參數(shù)設(shè)計(jì)的參數(shù)關(guān)聯(lián)導(dǎo)致變更的時(shí)候每個(gè)部件之間關(guān)聯(lián)性的變化,而CimatronE軟件采用的是全參和無(wú)參相結(jié)合的設(shè)計(jì)模式,方便快捷的做到數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)變更:
圖13 設(shè)計(jì)變更
(11)完成整套治具設(shè)計(jì):
圖14 整套治具裝配
4 CAM制造
為了使得企業(yè)在治具設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)由設(shè)計(jì)到加工一體化操作,CimatronE軟件可以在治具設(shè)計(jì)完成以后將相應(yīng)的各個(gè)零配件一鍵切換到NC模式下,進(jìn)行編程,相同軟件之間的操作可以極大的減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤:
圖15 CAD-CAM轉(zhuǎn)換
5 小結(jié)
由于傳統(tǒng)治具設(shè)計(jì)要完成一整套治具設(shè)計(jì)需要涉及多款軟件,首先對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)本身的多次轉(zhuǎn)換勢(shì)必會(huì)造成部分?jǐn)?shù)據(jù)錯(cuò)誤,其次,涉及到多款軟件也會(huì)造成企業(yè)人力資源成本的提升;CimatronE提出采用全3D治具設(shè)計(jì),將冗繁的2D的工作整合到全3D模式下,這樣極大的減少了因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,且CimatronE是一款CAD/CAM一體化的軟件,在CimatronE完成治具設(shè)計(jì)以后可直接切換到CAM模式下進(jìn)行各個(gè)配件的加工制造。
CimatronE自帶各種型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)件多達(dá)30多種,客戶完全可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求直接調(diào)取即可,同時(shí)CimatronE提供了客自化標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)功能,使客戶在處理客自化零配件的時(shí)候得心應(yīng)手;CimatronE采用全參數(shù)設(shè)計(jì)和無(wú)參數(shù)設(shè)計(jì)相結(jié)合的模式,使得我們?cè)谶M(jìn)行治具裝配設(shè)計(jì)的時(shí)候,可以快速的進(jìn)行從新布局和定位,全參數(shù)設(shè)計(jì)也可以使得我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)變更的時(shí)候,保證整體結(jié)構(gòu)的變更一致性。
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