基于UG/KF的孔系组合夹具关键零件系列化设计
基于UG/KF的孔系组合夹具关键零件系列化设计
组合夹具是目前国际上的一种新的一种夹具，主要是为了适应现代加工设备对工装精度和刚性的要求而创造的，是继槽系组合夹具元件后出现的又一新颖的快速组合工艺装备。所以，进行孔系组合夹具系列化的开发不仅能大幅度地缩短生产周期，提高生产效率，若将其基础板置于工作台还能对工作台精度起到保护作用，延长机床寿命，保证产品质量，降低机床的成本。孔系组合夹具系列化的开发，可以减少设计人员的重复劳动，提高了设计质量和设计水平。本文采用UG的二次开发知识对孔系夹具进行了系列化设计，其孔径﹑螺纹孔径﹑孔距等一系列尺寸都可以给用户输入，自己选择，然后自动生成图形。这样尽可能的满足客户的需求，实现真正的便捷。
关键词 孔系组合夹具，系列化，UG/KF，二次开发
1 引言 1
1.1 孔系组合夹具研究的目的 1
1.2 国内外的发展及研究状况 1
1.3 孔系组合夹具系列化研究的内容及其意义 2
2 孔系组合夹具的主要参数 4
2.1 国外主要孔系组合夹具系统 4
2.2 我国孔系列组合夹具系统 4
3 UG/KF建模设计流程 5
3.1 知识融合语言介绍 5
3.2 知识融合语言基本编程 6
3.3 简单的创建一个KF程序 7
4 参数对话框设计样式编辑器 10
4.1 知识融合应用 10
4.2 与用户界面样式编辑器的交互 10
4.3 用户界面样式编辑器设置 11
4.4 用户自定义界面对象设置 11
4.5 自定义界面的调用 13
5 基于UG/KF的夹具设计 14
5.1 孔系组合夹具基础件系列化设计 14
5.2 角铁形支撑件系列化设计 20
5.3 V形铁定位件系列化设计 23
6 基础板﹑支撑件﹑定位件在工件定位中的应用 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
1.1 孔系组合夹具系列化研究的目的
孔系组合夹具是目前国际上的一种新技术，孔系组合夹具的元件用一面两圆柱销定位，允许使用过定位，主要是为了适应现在加工设配对工装精度和刚性的要求而创造的，是继槽系组合夹具元件之后出现的又一新颖快速组合工艺装备，它的主要特点是：结构简单、以孔定位、螺栓连接，定位精度高、刚性好、品种少、组装方便、经济效益大，便于计算机编程，而且刚性比槽系组合夹具。主要使用于数控机床和加工中心等切削受力较大的工件加工。孔系夹具元件在国外应用很普遍，在国内的用户也在逐年增多。
系列化是指通过对同一类产品发展规律的分析研究、国内外产品发展趋势的预测，结合本国的生产技术条件，经过全面的技术分析与比较，将产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等作出的合理安排与规划。以方便成产与研制出新的产品，缩短生产周期，降低生产成本，有效的提高厂商的生产力与生产效率，大大的提高经济效益。
1.2 国内外发展及研究状况
在槽系组合夹具系统应用于生产之后，不就就出现了孔系组合夹具。50年代中期最早出现的民主德国VEB孔系组合夹具系统。但在20世纪60年代以后，随着加工中心﹑数控机床的使用日益增多，以及机械加工精度的提高，孔系组合夹具得到了较大的发展，相继出现了英国孔系组合夹具系统（专利）﹑苏联CPII﹑联邦德国BLUCO和美国QU-CO等孔系组合夹具系统，不仅能够用于加工小型零件，而且能够用于加工大型零件盒强力切削加工。推动了国际孔系组合夹具的应用，促进了孔系组合夹具元件的开发和组装使用日渐完善，并成为系列化﹑商品化的夹具产品。
1.2.1 民主德国VEB系统
VEB夹具系统主要用于加工光学仪器和精密仪器的零件，它由民主德国Carl Zeiss Jena光学仪器厂于1955年研制成功并用于生产。VEB系统是最早出现的孔系组合夹具系统，由于该系统的元件所组装成的孔系组合夹具都比较轻巧，所以其所加工的零件重量比超过5kg。
1.2.2 英国孔系组合夹具系统
英国的这套孔系组合夹具系统产生于60年代末，起元件分为三大类：结构元件，连接元件和辅助元件。这套孔系组合夹具系统课用于组装铣床﹑刨床﹑平面磨床上的组合夹具。这项专利虽然公布多年，但尚未见有商品出售。然而，其中的一些构思颇有参考价值，近年来出现的孔系组合夹具系统都有借鉴该系统之处。
1.2.3 苏联拼拆式组合夹具系统（CPII）
CPII系统是苏联的组合夹具系统（亦称为拼拆式组合夹具系统），其元件和合件的结构形式一起基本尺寸都已制成国家标准。标准规定，CPII夹具系统的坐标定位孔分为12mm和16mm两个系列。12mm系列的孔精度为12H7，孔距为60mm;16mm系列的孔距精度为16H7，孔距为80mm。数控机床的高精度CPII成套元件，其孔距精度提高了0.005mm.
1.2.4 联邦德国勃吕克(BLUCO)系统
BLUCO系统是由联邦德国Blumle公司研制和生产的，这一系统的元件通过定位销和螺钉，可迅速而简便地组成符合工件要求的组合夹具。这是一种典型的孔系组合夹具系统，元件上仅有光孔和螺孔，没有任何槽，光孔用于元件间的定位，螺孔用于安装紧固件。
1.2.5 我国孔系组合夹具系统
1983年天津组合夹具研究所引进了德国bluco公司的孔系列组合夹具元件，在引进和消化吸收国外技术的基础上，并结合使用槽系组合夹具的经验，在1986年，我国组合夹具行业先后开发成功M16﹑M12和M8三种型号的孔系组合夹具。通过纺织机械行业率先应用，逐步扩大到机床﹑轻工﹑军工﹑汽车﹑铁道﹑工程与通用机械﹑以及航空航天﹑仪器仪表等机械加工行业普遍使用。
1.3 孔系组合夹具系列化研究的内容及其意义
系列化是使某一类产品系统的结构优化、功能最佳的标准化形式。夹具设计与制造是机电产品设计与制造的一项重要步骤，传统的夹具设计制造时需要大量的工时消耗和金属材料的消耗。目前，基于特征的参数化技术已在机电产品设计与制造的各个阶段得到广泛的应用。夹具设计也须向标准化、系列化、参数化方向发展。而且，为了适应我国加入WTO后机电产品快速开发、少批量、多品种的需要，增强我国机电产品的创新能力和尽快实现机电产品设计制造的全程仿真，我们有必要对夹具进行分类，整理，编制图库等工作。组合夹具正是适应了这种需求，所以有必要对其进行更深一步的研究。
组合夹具是一种先进的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同的形状、不同规格、不同尺寸、具有互换性、高耐磨性和高精度的标准元件组成，其结构灵活多变，适应性广，元件可长期循环使用，目前已为众多制造行业所采用。组合夹具分为槽系和孔系两个系列。槽系夹具是组合夹具元件主要靠槽来定位和夹紧。孔系夹具是指组合夹具元件主要靠孔来定位和夹紧
孔系夹具的特点是旋转调整方便，精度和刚度都高于槽系夹具。孔系夹具按定位孔直径分为大型和中型两种，其定位直径分别是12~16mm，螺纹孔直径分别是M12~ M16。孔系夹具的主要元件和结构与槽系夹具基本相同，随着孔系夹具元件设计的不断改进完善，吸取槽系结构的特点，应用范围更加广泛。
组合夹具是在夹具零部件标准化的基础上发展起来的一种新型的工艺装备。它由一套预先制好的、具有各种不同形状和规格尺寸的标准元件和组合件组成。在加工工件前，根据工件的工艺要求、采用的设备和夹具设计原则，选取夹具元件、确定元件间的位置关系、组装出机械加工使用的工装夹具。由于组合夹具应变能力强、设计和制造周期短、成本低、适应产品更新换代的要求，提高了企业的竞争力，所以日益受到厂家的青睐。
三维标准件库的建立现在常用的有二种: 一是建立完全的三维标准件模型，为每一个零件建立一个实体模型，然后将每个标准件都存储在标准零件库中，在需要时直接调用。这种方法工作量巨大不说，并且会出现存储量占用庞大，管理困难，调用速度慢等一系列问题。 二是利用二次开发工具通过编程来实现三维标准件建模，对于每一系列的标准件，采用一个独立的子程序来实现，通过预留的接口实现系列化。这样的好处是不必建立三维实体模型库，标准件实例化是在程序运行时自动形成所需要的图形图形文件。缺点是编程工作量庞大，有些复杂零件建模困难错。优点是，由于相同系列的标准件具有相间的拓扑结构和不同的尺寸参数，对同一系列的零件就可以使用同一三维实体模型，不同的实际尺寸由存储在数据库中的参数表来提供，执行速度快，占用空间小；二是只通过修改参数就可以修改零件的尺寸及技术要求，给夹具零件库的维护和扩充带来了极大的便利。
实现产品系列化有重要的经济意义:
(1)可以加速新产品的设计，发展新品种、提高产品质量，方便使用和维修，减少备品配件的储备量。
(2)合理简化品种，扩大通用范围，增加生产批量，有利于提高专业化程度。
(3)缩短产品工艺装置的设计与制造的期限和费用。
(4)尽可能的满足客户所要的尺寸及其要求。
5.2 角铁形支撑件系列化设计
孔系列组合夹具的支撑件有长方形﹑正方形﹑扇形的角度支撑板﹑角铁形等。下面设计的是角铁形支撑件，角铁形支撑主要用于组装工件的侧面两点定位或端断面一点定位结构，角铁常用于和V形板组装成V形定位结构。设计代码如下，用户可以任意改变其主要尺寸与工件和基础件配合使用。
#! NX/KF 6.0
DefClass: ai (ug_base_part);
(parameter number [mm])l1:80;
(parameter number [mm])w1:60;
(parameter number [mm])h1:30;
(parameter number [mm])r1:16;
(parameter number [mm])m1:12;
(number parameter [mm])n1:30;
(Child) block1: {
Class, ug_block;
Length, l1:;
Width, w1:;
Height, h1:;
origin, Point(l1:/-2,w1:/-2,0); ##定义起点最好把中心设在原点###
x_axis, Vector(1,0,0);
y_axis, Vector(0,1,0);
};
下面是挖出阶梯代码。
(Child) block2: {
Class, ug_block;
Length, l1:;
Width, w1:;
Height, l1:;
origin, Point(l1:/2,0,h1:/2); ##定义下刀点###
x_axis, Vector(0,0,1);
y_axis, Vector(0,1,0);
Operation, subtract,
Target, {block1:},
};
下面是挖孔与打螺纹孔代码。
(Child) ai: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, r1:;
Height, h1:;
origin, Point(n1:/2,n1:/2,0);
Direction, Vector(0,0,1);
Operation, subtract,
Target, {block1:},
};
(Child) wei: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, r1:;
Height, h1:;
origin, Point(-n1:/2,-n1:/2,0);
Direction, Vector(0,0,1);
Operation, subtract,
Target, {block1:},
};
(Child) ge: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, m1:;
Height, h1:;
origin, Point(-n1:/2,n1:/2,0);
Direction, Vector(0,0,1);
Operation, subtract,
Target, {block1:},
};
(Child) gee: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, m1:;
Height, h1:;
origin, Point(n1:/2,-n1:/2,0);
Direction, Vector(0,0,1);
Operation, subtract,
Target, {block1:},
};
组合夹具是目前国际上的一种新的一种夹具，主要是为了适应现代加工设备对工装精度和刚性的要求而创造的，是继槽系组合夹具元件后出现的又一新颖的快速组合工艺装备。所以，进行孔系组合夹具系列化的开发不仅能大幅度地缩短生产周期，提高生产效率，若将其基础板置于工作台还能对工作台精度起到保护作用，延长机床寿命，保证产品质量，降低机床的成本。孔系组合夹具系列化的开发，可以减少设计人员的重复劳动，提高了设计质量和设计水平。本文采用UG的二次开发知识对孔系夹具进行了系列化设计，其孔径﹑螺纹孔径﹑孔距等一系列尺寸都可以给用户输入，自己选择，然后自动生成图形。这样尽可能的满足客户的需求，实现真正的便捷。
关键词 孔系组合夹具，系列化，UG/KF，二次开发
1 引言 1
1.1 孔系组合夹具研究的目的 1
1.2 国内外的发展及研究状况 1
1.3 孔系组合夹具系列化研究的内容及其意义 2
2 孔系组合夹具的主要参数 4
2.1 国外主要孔系组合夹具系统 4
2.2 我国孔系列组合夹具系统 4
3 UG/KF建模设计流程 5
3.1 知识融合语言介绍 5
3.2 知识融合语言基本编程 6
3.3 简单的创建一个KF程序 7
4 参数对话框设计样式编辑器 10
4.1 知识融合应用 10
4.2 与用户界面样式编辑器的交互 10
4.3 用户界面样式编辑器设置 11
4.4 用户自定义界面对象设置 11
4.5 自定义界面的调用 13
5 基于UG/KF的夹具设计 14
5.1 孔系组合夹具基础件系列化设计 14
5.2 角铁形支撑件系列化设计 20
5.3 V形铁定位件系列化设计 23
6 基础板﹑支撑件﹑定位件在工件定位中的应用 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
1.1 孔系组合夹具系列化研究的目的
孔系组合夹具是目前国际上的一种新技术，孔系组合夹具的元件用一面两圆柱销定位，允许使用过定位，主要是为了适应现在加工设配对工装精度和刚性的要求而创造的，是继槽系组合夹具元件之后出现的又一新颖快速组合工艺装备，它的主要特点是：结构简单、以孔定位、螺栓连接，定位精度高、刚性好、品种少、组装方便、经济效益大，便于计算机编程，而且刚性比槽系组合夹具。主要使用于数控机床和加工中心等切削受力较大的工件加工。孔系夹具元件在国外应用很普遍，在国内的用户也在逐年增多。
系列化是指通过对同一类产品发展规律的分析研究、国内外产品发展趋势的预测，结合本国的生产技术条件，经过全面的技术分析与比较，将产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等作出的合理安排与规划。以方便成产与研制出新的产品，缩短生产周期，降低生产成本，有效的提高厂商的生产力与生产效率，大大的提高经济效益。
1.2 国内外发展及研究状况
在槽系组合夹具系统应用于生产之后，不就就出现了孔系组合夹具。50年代中期最早出现的民主德国VEB孔系组合夹具系统。但在20世纪60年代以后，随着加工中心﹑数控机床的使用日益增多，以及机械加工精度的提高，孔系组合夹具得到了较大的发展，相继出现了英国孔系组合夹具系统（专利）﹑苏联CPII﹑联邦德国BLUCO和美国QU-CO等孔系组合夹具系统，不仅能够用于加工小型零件，而且能够用于加工大型零件盒强力切削加工。推动了国际孔系组合夹具的应用，促进了孔系组合夹具元件的开发和组装使用日渐完善，并成为系列化﹑商品化的夹具产品。
1.2.1 民主德国VEB系统
VEB夹具系统主要用于加工光学仪器和精密仪器的零件，它由民主德国Carl Zeiss Jena光学仪器厂于1955年研制成功并用于生产。VEB系统是最早出现的孔系组合夹具系统，由于该系统的元件所组装成的孔系组合夹具都比较轻巧，所以其所加工的零件重量比超过5kg。
1.2.2 英国孔系组合夹具系统
英国的这套孔系组合夹具系统产生于60年代末，起元件分为三大类：结构元件，连接元件和辅助元件。这套孔系组合夹具系统课用于组装铣床﹑刨床﹑平面磨床上的组合夹具。这项专利虽然公布多年，但尚未见有商品出售。然而，其中的一些构思颇有参考价值，近年来出现的孔系组合夹具系统都有借鉴该系统之处。
1.2.3 苏联拼拆式组合夹具系统（CPII）
CPII系统是苏联的组合夹具系统（亦称为拼拆式组合夹具系统），其元件和合件的结构形式一起基本尺寸都已制成国家标准。标准规定，CPII夹具系统的坐标定位孔分为12mm和16mm两个系列。12mm系列的孔精度为12H7，孔距为60mm;16mm系列的孔距精度为16H7，孔距为80mm。数控机床的高精度CPII成套元件，其孔距精度提高了0.005mm.
1.2.4 联邦德国勃吕克(BLUCO)系统
BLUCO系统是由联邦德国Blumle公司研制和生产的，这一系统的元件通过定位销和螺钉，可迅速而简便地组成符合工件要求的组合夹具。这是一种典型的孔系组合夹具系统，元件上仅有光孔和螺孔，没有任何槽，光孔用于元件间的定位，螺孔用于安装紧固件。
1.2.5 我国孔系组合夹具系统
1983年天津组合夹具研究所引进了德国bluco公司的孔系列组合夹具元件，在引进和消化吸收国外技术的基础上，并结合使用槽系组合夹具的经验，在1986年，我国组合夹具行业先后开发成功M16﹑M12和M8三种型号的孔系组合夹具。通过纺织机械行业率先应用，逐步扩大到机床﹑轻工﹑军工﹑汽车﹑铁道﹑工程与通用机械﹑以及航空航天﹑仪器仪表等机械加工行业普遍使用。
1.3 孔系组合夹具系列化研究的内容及其意义
系列化是使某一类产品系统的结构优化、功能最佳的标准化形式。夹具设计与制造是机电产品设计与制造的一项重要步骤，传统的夹具设计制造时需要大量的工时消耗和金属材料的消耗。目前，基于特征的参数化技术已在机电产品设计与制造的各个阶段得到广泛的应用。夹具设计也须向标准化、系列化、参数化方向发展。而且，为了适应我国加入WTO后机电产品快速开发、少批量、多品种的需要，增强我国机电产品的创新能力和尽快实现机电产品设计制造的全程仿真，我们有必要对夹具进行分类，整理，编制图库等工作。组合夹具正是适应了这种需求，所以有必要对其进行更深一步的研究。
组合夹具是一种先进的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同的形状、不同规格、不同尺寸、具有互换性、高耐磨性和高精度的标准元件组成，其结构灵活多变，适应性广，元件可长期循环使用，目前已为众多制造行业所采用。组合夹具分为槽系和孔系两个系列。槽系夹具是组合夹具元件主要靠槽来定位和夹紧。孔系夹具是指组合夹具元件主要靠孔来定位和夹紧
孔系夹具的特点是旋转调整方便，精度和刚度都高于槽系夹具。孔系夹具按定位孔直径分为大型和中型两种，其定位直径分别是12~16mm，螺纹孔直径分别是M12~ M16。孔系夹具的主要元件和结构与槽系夹具基本相同，随着孔系夹具元件设计的不断改进完善，吸取槽系结构的特点，应用范围更加广泛。
组合夹具是在夹具零部件标准化的基础上发展起来的一种新型的工艺装备。它由一套预先制好的、具有各种不同形状和规格尺寸的标准元件和组合件组成。在加工工件前，根据工件的工艺要求、采用的设备和夹具设计原则，选取夹具元件、确定元件间的位置关系、组装出机械加工使用的工装夹具。由于组合夹具应变能力强、设计和制造周期短、成本低、适应产品更新换代的要求，提高了企业的竞争力，所以日益受到厂家的青睐。
三维标准件库的建立现在常用的有二种: 一是建立完全的三维标准件模型，为每一个零件建立一个实体模型，然后将每个标准件都存储在标准零件库中，在需要时直接调用。这种方法工作量巨大不说，并且会出现存储量占用庞大，管理困难，调用速度慢等一系列问题。 二是利用二次开发工具通过编程来实现三维标准件建模，对于每一系列的标准件，采用一个独立的子程序来实现，通过预留的接口实现系列化。这样的好处是不必建立三维实体模型库，标准件实例化是在程序运行时自动形成所需要的图形图形文件。缺点是编程工作量庞大，有些复杂零件建模困难错。优点是，由于相同系列的标准件具有相间的拓扑结构和不同的尺寸参数，对同一系列的零件就可以使用同一三维实体模型，不同的实际尺寸由存储在数据库中的参数表来提供，执行速度快，占用空间小；二是只通过修改参数就可以修改零件的尺寸及技术要求，给夹具零件库的维护和扩充带来了极大的便利。
实现产品系列化有重要的经济意义:
(1)可以加速新产品的设计，发展新品种、提高产品质量，方便使用和维修，减少备品配件的储备量。
(2)合理简化品种，扩大通用范围，增加生产批量，有利于提高专业化程度。
(3)缩短产品工艺装置的设计与制造的期限和费用。
(4)尽可能的满足客户所要的尺寸及其要求。
5.2 角铁形支撑件系列化设计
孔系列组合夹具的支撑件有长方形﹑正方形﹑扇形的角度支撑板﹑角铁形等。下面设计的是角铁形支撑件，角铁形支撑主要用于组装工件的侧面两点定位或端断面一点定位结构，角铁常用于和V形板组装成V形定位结构。设计代码如下，用户可以任意改变其主要尺寸与工件和基础件配合使用。
#! NX/KF 6.0
DefClass: ai (ug_base_part);
(parameter number [mm])l1:80;
(parameter number [mm])w1:60;
(parameter number [mm])h1:30;
(parameter number [mm])r1:16;
(parameter number [mm])m1:12;
(number parameter [mm])n1:30;
(Child) block1: {
Class, ug_block;
Length, l1:;
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origin, Point(l1:/-2,w1:/-2,0); ##定义起点最好把中心设在原点###
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下面是挖出阶梯代码。
(Child) block2: {
Class, ug_block;
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Target, {block1:},
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下面是挖孔与打螺纹孔代码。
(Child) ai: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, r1:;
Height, h1:;
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Operation, subtract,
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(Child) wei: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, r1:;
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Direction, Vector(0,0,1);
Operation, subtract,
Target, {block1:},
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(Child) ge: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, m1:;
Height, h1:;
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Operation, subtract,
Target, {block1:},
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(Child) gee: {
Class, ug_cylinder;
Diameter, m1:;
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Target, {block1:},
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