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摘要：针对机床夹具设计中各标准元件需要重新设计的问题，开发了一套组合夹具设计系统。用户可针对通用机床夹具的设计问题，调用相关的零件，进行模型装配，也可在原模型的基础上进行重新设计。该夹具设计系统的使用，为学生的机械制造工程学课程设计从传统的二维夹具设计向三维变化提供了素材，以适应现代技术的发展，也可为教师课程教学提供新颖的教学模式。
关键词：夹具;模型;三维设计系统;课程设计
0 引言
机械制造工程学课程设计是综合性的关于机械制造工艺方面的实践教学环节，学生通过此课程设计，能够综合运用基本理论以及实践完成工艺规程编制及机床夹具设计工作，具备运用机械制造技术解决实际工程问题的能力。其中机床夹具设计是核心内容，但学生在进行机床夹具设计时依然通过查阅纸质版的教材、参考资料、手册及网络资源等进行设计及计算，这和机械制造的数字化发展现状相脱节，不能适应现代制造技术的发展[1]。
在机械制造中，随着产品更新换代的加速，产品的生产批量不断向小批量、多品种方向发展，传统的专用夹具设计已进入三维化、数字化阶段。组合夹具设计系统是一种组合夹具各种标准元件或多种零件的信息及三维模型存放系统。学生可对元件或装配体示例进行检索，提取信息及相关三维模型，供机械设计、制造等工序使用[2-4]。
以SolidWorks等三维绘图软件为基础，构建组合夹具设计系统，可使学生在机械制造工程学课程设计过程中提高设计效率，也可提高设计的标准化程度，培养学生适应现代制造的素质，满足教学需要。
1 组合夹具设计系统设计原则
组合夹具设计系统的要求如下：①具有各类型的标准件;以最新标准为依据，针对结构参数的不同将其详细分类，分析其结构特征。②具有扩展标准件库的能力。③具有便于实现与其他系统的集成的功能。④具有易学易用的人机交互界面。⑤具有对应标准件模型供用户装配等操作。
2 组合夹具设计系统的内容
组合夹具一般有槽系和孔系两大类型，都有大型（16mm槽，M16孔）、中型（12mm槽，M12孔）和小型（8mm或6mm槽，M8孔）之分。其元件按种类可以具体划分为9大类，其中基础件、支承件起支承作用，为基础部件，定位件、调整件起定位作用，压紧件、紧固件起夹紧作用，其他件、合件及其组装工具等起配合作用。其元件的分类互相对应，有利于两种组合夹具元件互换。
利用Microsoft Access数据库建立了组合夹具的基础数据库的标准数据476类，用AutoCAD完成了组合夹具标准件的工程图，在三维软件建立了标准元件。
组合夹具设计系统运行界面（图1）包括4部分内容：分类、二维示意图（三维渲染图）、标准件数据及操作按钮（二维放大、三维放大、显示（筛选数据工具）、详细数据、退出、打开、关于）。
3 组合夹具设计系统应用
以车床法兰盘组合夹具设计为例说明组合夹具设计系统的应用过程。
CA6140卧式车床上的法兰盘零件的三维模型如图2所示，内孔与轴承外圈配合，外圆与箱体孔配合。零件材料：HT200;大批大量生产。毛坯三维模型如图3所示，铸造成型，内孔Ф31mm。拟定零件的机械加工工艺路线，设计工序中钻双孔的孔系组合夹具。
本工序为钻孔工序，钻削2个孔到Φ11。根据加工要求，需限定5个自由度，定位方案：①矩形基础板限定3个自由度，此为第一基准面。②V型块限定2个自由度。③定位圆环限定1个自由度，共限制6个自由度。定位模型如图4所示，夹紧装置如图5所示，钻双孔孔系组合夹具总装三维模型如图6所示，夹具爆炸三维模型如图7所示。
4 实物模型搭建
在完成课程设计中机床夹具设计后，使用三维软件导出工程装配图，并按机械制图要求标注图纸尺寸及其精度、形位公差、技术要求等其它要素，并进行精度、强度、刚度计算，完善设计结果。
依据三维模型，在實物库中调取待加工零件及相关夹具元件，完成所设计夹具的实物拼装，拼装完成的实物示例如图8所示。
5 结论
该组合夹具设计系统已申请软件著作权，相关实物由长沙佳讯教学设备有限公司制造。该组合夹具设计系统模型覆盖了现行国家及行业标准的组合夹具，有相关结构数据、CAD图形、三维模型，可供学生学习，也可供工程技术人员使用。系统提供了车床法兰盘、车床输出轴等不同零件的工艺过程、配套槽系和孔系组合夹具设计模型，编写了配套的《组合夹具设计系统使用手册》。组合夹具设计系统性价比高，实物元件可以按套配置，也可以按类型配置。该系统为机床夹具设计教学与实验提供了一种可行的方案，可在一定程度上提高课程的教学质量，培养学生的实践能力。
参考文献：
[1]郑德星，阳程.机械制造工艺与夹具综合实践教学改革与探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2012（08）：73-74.
[2]张兴权，余晓流，汪永明，单建华，张良安，裴善报.UG三维建模在机床夹具设计教学中的应用[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2011，28（02）：118-120.
[3]卢开斌.基于UG平台的机床夹具课程设计教学改革[J].时代农机，2019，46（03）：94-95.
[4]宋晓英，胡林岚，王传红，龙青，沈鹏，蒋洪勇.便携式拼装夹具模型的创新设计及在教学中的应用[J].实验室研究与探索，2017，36（04）：167-170，228.
关键词：夹具;模型;三维设计系统;课程设计
0 引言
机械制造工程学课程设计是综合性的关于机械制造工艺方面的实践教学环节，学生通过此课程设计，能够综合运用基本理论以及实践完成工艺规程编制及机床夹具设计工作，具备运用机械制造技术解决实际工程问题的能力。其中机床夹具设计是核心内容，但学生在进行机床夹具设计时依然通过查阅纸质版的教材、参考资料、手册及网络资源等进行设计及计算，这和机械制造的数字化发展现状相脱节，不能适应现代制造技术的发展[1]。
在机械制造中，随着产品更新换代的加速，产品的生产批量不断向小批量、多品种方向发展，传统的专用夹具设计已进入三维化、数字化阶段。组合夹具设计系统是一种组合夹具各种标准元件或多种零件的信息及三维模型存放系统。学生可对元件或装配体示例进行检索，提取信息及相关三维模型，供机械设计、制造等工序使用[2-4]。
以SolidWorks等三维绘图软件为基础，构建组合夹具设计系统，可使学生在机械制造工程学课程设计过程中提高设计效率，也可提高设计的标准化程度，培养学生适应现代制造的素质，满足教学需要。
1 组合夹具设计系统设计原则
组合夹具设计系统的要求如下：①具有各类型的标准件;以最新标准为依据，针对结构参数的不同将其详细分类，分析其结构特征。②具有扩展标准件库的能力。③具有便于实现与其他系统的集成的功能。④具有易学易用的人机交互界面。⑤具有对应标准件模型供用户装配等操作。
2 组合夹具设计系统的内容
组合夹具一般有槽系和孔系两大类型，都有大型（16mm槽，M16孔）、中型（12mm槽，M12孔）和小型（8mm或6mm槽，M8孔）之分。其元件按种类可以具体划分为9大类，其中基础件、支承件起支承作用，为基础部件，定位件、调整件起定位作用，压紧件、紧固件起夹紧作用，其他件、合件及其组装工具等起配合作用。其元件的分类互相对应，有利于两种组合夹具元件互换。
利用Microsoft Access数据库建立了组合夹具的基础数据库的标准数据476类，用AutoCAD完成了组合夹具标准件的工程图，在三维软件建立了标准元件。
组合夹具设计系统运行界面（图1）包括4部分内容：分类、二维示意图（三维渲染图）、标准件数据及操作按钮（二维放大、三维放大、显示（筛选数据工具）、详细数据、退出、打开、关于）。
3 组合夹具设计系统应用
以车床法兰盘组合夹具设计为例说明组合夹具设计系统的应用过程。
CA6140卧式车床上的法兰盘零件的三维模型如图2所示，内孔与轴承外圈配合，外圆与箱体孔配合。零件材料：HT200;大批大量生产。毛坯三维模型如图3所示，铸造成型，内孔Ф31mm。拟定零件的机械加工工艺路线，设计工序中钻双孔的孔系组合夹具。
本工序为钻孔工序，钻削2个孔到Φ11。根据加工要求，需限定5个自由度，定位方案：①矩形基础板限定3个自由度，此为第一基准面。②V型块限定2个自由度。③定位圆环限定1个自由度，共限制6个自由度。定位模型如图4所示，夹紧装置如图5所示，钻双孔孔系组合夹具总装三维模型如图6所示，夹具爆炸三维模型如图7所示。
4 实物模型搭建
在完成课程设计中机床夹具设计后，使用三维软件导出工程装配图，并按机械制图要求标注图纸尺寸及其精度、形位公差、技术要求等其它要素，并进行精度、强度、刚度计算，完善设计结果。
依据三维模型，在實物库中调取待加工零件及相关夹具元件，完成所设计夹具的实物拼装，拼装完成的实物示例如图8所示。
5 结论
该组合夹具设计系统已申请软件著作权，相关实物由长沙佳讯教学设备有限公司制造。该组合夹具设计系统模型覆盖了现行国家及行业标准的组合夹具，有相关结构数据、CAD图形、三维模型，可供学生学习，也可供工程技术人员使用。系统提供了车床法兰盘、车床输出轴等不同零件的工艺过程、配套槽系和孔系组合夹具设计模型，编写了配套的《组合夹具设计系统使用手册》。组合夹具设计系统性价比高，实物元件可以按套配置，也可以按类型配置。该系统为机床夹具设计教学与实验提供了一种可行的方案，可在一定程度上提高课程的教学质量，培养学生的实践能力。
参考文献：
[1]郑德星，阳程.机械制造工艺与夹具综合实践教学改革与探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2012（08）：73-74.
[2]张兴权，余晓流，汪永明，单建华，张良安，裴善报.UG三维建模在机床夹具设计教学中的应用[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2011，28（02）：118-120.
[3]卢开斌.基于UG平台的机床夹具课程设计教学改革[J].时代农机，2019，46（03）：94-95.
[4]宋晓英，胡林岚，王传红，龙青，沈鹏，蒋洪勇.便携式拼装夹具模型的创新设计及在教学中的应用[J].实验室研究与探索，2017，36（04）：167-170，228.