用CATIA一次性完成夹具的设计、检验、模拟加工

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狱狱

2021-06-11 17:34:17

三维设计软件的发展，为定位夹具能够实现低成本，短周期，设计提供了条件，且可以虚拟模拟加工进行验证。如图1 是一个与YZ 和ZX 平面均成45°夹角的典型零件：

图1

零件加工方案选择

这种具有特殊空间结构的零部件一般有2 种加工方法：

①提高机床的性能，即把原来的2.5 轴或3 轴的数控机床提高到5 轴以上；

②设计出合适的定位夹具，利用现有的设备进行加工。

考虑到加工成本，第二种方案显然是更理想的选择。下面就针对此零件设计一个定位夹具，利用CATIA软件，进行夹具各零部件的实体建模、装配、干涉检测、精度分析，将设计完成的夹具导入数控加工模块中进行虚拟加工，以检验设计的可行性与正确性。

定位夹具设计及三维建模

考虑被加工零件的特点，保证加工精度，同时为了提高夹具的适用范围，将定位夹具设计为模块化组合式夹具，如图2 所示。夹具主要由4 部分组成：定位支架、定位板、导向模块和定位夹，其中定位支架是整个夹具的基石，它直接决定了定位的斜度，其他零部件均也安装在其上。

图2 定位夹具三维实体模型

1. 定位夹2. 定位支架3. 定位板4. 导向模块

定位板是用来将导向模块安装到定位支架，并且当所加工斜度为45°工件的尺寸大小和基面形状发生改变时，只需要改变导向模块结构和尺寸，在定位板上选择合适的位置进行固定，使得该定位夹具的应用范围较广。在导向模块和定位夹的设计中应以加工零件的结构形状为依据，使其与待加工零件外边面相配合，高度应相同，以便于定位夹的安装，定位夹一般采用三点定位来设计安装，与定位板配合实现对待加工零件6 个自由度的限制。

定位夹具的静态干涉检验

为了保证所设计夹具的各零部件能够被加工和组装，并且能够实现其定位功能，必须对夹具进行干涉检测。

静态干涉分析包括夹具各单元之间的干涉和夹具与工件之间的干涉。每套夹具都有若干单元组成，完成包括定位和夹紧作用。由于空间有限和各单元的结构较复杂，且夹具的设计一般为逐层设计，很难控制空间余量，容易出现干涉。另外，工件的形状复杂，由于夹具单元位置或结构上的原因，可能造成工件不能正确地安装。

图3 静态干涉检测示意图

在CATIA中的“DMU Space Analysis”模块下，对夹具进行静态干涉分析，利用碰撞检测“CheckClash”和剖面工具“Sectioning Definition”对夹具进行检测。

动态干涉分析

利用CATIA 提供的“DUM Fitting”模块对组装的产品进行检测，能够记录组装时零件的转配路径，分析组装零件时，移动零件所需求的动态空间，检测各零件间的干涉情况。首先将“装配件设计”切换到“DUM Fitting”模块下，按照夹具的装配给出每个装配路径，其中包括各零部件的转配运动距离信息，目的是为了能够在干涉发生时获得具体的干涉位置和深度，然后按顺序建立装配模拟，最后打开“碰撞”分析，分析结果如图4 所示。

图4 动态碰撞检测

图4 所示A 区为区域位置为干涉发生处，其具体显示如图5 所示。干涉发生在定位夹与导向模块上，通过对干涉信息的分析得出，由于在装配过程中定位夹与导向模块的装配路径相冲突发生碰撞。针对出现的干涉，对夹具做如下修改：在保持定位点和夹紧点无较大变动的前提下，改变单元中其他零部件的空间位置或部分尺寸参数。

图5 干涉发生区域

数控模拟加工

利用CATIA 提供的“加工”模块，对工件进行数控加工，以检验刀具在加工工件时与夹具是否发生碰撞干涉，从而验证数控加工的可行性。为了能够直观地观察到碰撞是否发生，本文选择加工工件中具有空间斜度的拔模圆柱体的外圆轮廓。首先将装配好的夹具切换到“ 加工” 模块下的“Surface Machining” 中对加工零件的外表面进行“Contourdriven”（轮廓驱动精加工）；然后在弹出的对话框中选择加工区域为待加工零件，选择合适刀具路径参数，其中包括驱动引导线的选择，合适的刀具参数和退刀路线；最后进行数控模拟加工生成刀具轨迹线，如图6 所示。