裝夾特征的分類(lèi)與定義

一、引言

    裝夾特征是工件上用于定位或夾緊的工件形素(形狀要素)特征。一方面工件形素特征多種多樣，必須明確夾具設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行裝夾設(shè)計(jì)所需要的工件形素特征的類(lèi)型，另一方面裝夾特征是裝夾規(guī)劃以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行決策的分析對(duì)象和設(shè)計(jì)對(duì)象。總之，裝夾特征的分類(lèi)定義是夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是決定夾具設(shè)計(jì)方法和方式豐富程度的基本因素之一。

    裝夾特征是具有裝夾涵義的工件實(shí)體形素特征，具有形狀、尺寸參數(shù)、位置、方向以及精度等一般特征屬性，還具有可及性、精度等級(jí)這類(lèi)不同于一般形素特征屬性的裝夾屬性。

    迄今為止，對(duì)于裝夾特征進(jìn)行系統(tǒng)的分類(lèi)與定義，及其相關(guān)研究尚不多，但這對(duì)于發(fā)展和開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)屬迫切需要。

二、裝夾特征的分類(lèi)定義方法

    裝夾特征表現(xiàn)為定位特征和夾緊特征。其定義的目的在于明確用于裝夾的工件表面類(lèi)型，為裝夾規(guī)劃提供操作對(duì)象的特征范圍，并作為夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征依據(jù)。

    在夾具設(shè)計(jì)中，主要的分析、處理對(duì)象是工件特征模型上的特征面。顯然，裝夾特征的主要表現(xiàn)形式是裝夾特征面。盡管工件幾何形狀可能十分復(fù)雜，但在夾具的實(shí)際應(yīng)用中，絕大多數(shù)的情況下用于裝夾的工件表面不外乎平面、外圓柱面、內(nèi)圓柱面(即孔)三種類(lèi)型，這主要因?yàn)檫@三種類(lèi)型的表面具有良好的接觸和配合性能，并易于加工和測(cè)量。在本系統(tǒng)中，裝夾特征主要采用這三種表面類(lèi)型。

出于夾具設(shè)計(jì)的需要，裝夾特征進(jìn)一步劃分為裝夾特征面和裝夾特征點(diǎn)，裝夾特征點(diǎn)依附于所屬裝夾特征面，用于明確夾具功能元件在裝夾特征面上接觸或配合時(shí)的具體方位。

    裝夾特征具有典型的方向性，并蘊(yùn)涵著裝夾意義。因此，一般按照表面類(lèi)型、方向、裝夾方式三個(gè)方面來(lái)分類(lèi)定義如下。

平面類(lèi)型的裝夾特征

    在工件實(shí)體模型中，平面的方向特征以其法矢v來(lái)表示，平面類(lèi)型的裝夾特征定義如下，其圖例說(shuō)明見(jiàn)圖1，其中va=-z，vb=z，vc^z，vd^z，ve^z，工件坐標(biāo)系以X-Y-Z 表示。

底面定位面：v=-z的用于定位的工件平面表面。

側(cè)面定位面：v^z的用于定位的工件平面表面。

側(cè)面夾緊面：v^z的用于夾緊的工件平面表面。

頂面夾緊面：v=z的用于夾緊的工件平面表面。平面類(lèi)型的裝夾特征面與夾具功能元件裝夾接觸的位置，只需面上的一個(gè)裝夾特征點(diǎn)即可描述清楚。為便于敘述，這種裝夾接觸方式簡(jiǎn)稱(chēng)為一點(diǎn)裝夾。

外圓柱面類(lèi)型的裝夾特征

    外圓柱面與夾具功能元件的接觸區(qū)域?yàn)槠浔砻婺妇�(xiàn)的一段，故其方向特征一般有兩個(gè)：圓柱面軸心線(xiàn)方向vA，母線(xiàn)的徑向法矢方向vR。

外圓柱面在裝夾使用中，與夾具功能元件一般有兩種典型的接觸方式，一種是與定位或夾緊元件在一個(gè)表面母線(xiàn)上接觸，屬于一點(diǎn)裝夾的情況；另一種是與裝夾元件同時(shí)在兩個(gè)不同的母線(xiàn)上接觸(如使用V型塊)，稱(chēng)為兩點(diǎn)裝夾情況。對(duì)于一點(diǎn)裝夾的情況，裝夾特征點(diǎn)取在圓柱表面母線(xiàn)上，是一個(gè)實(shí)際的形體點(diǎn)；而在兩點(diǎn)裝夾情況下，則將裝夾特征點(diǎn)取為V型塊軸向?qū)ΨQ(chēng)面與圓柱軸心線(xiàn)的交點(diǎn)，是一個(gè)虛擬的形體點(diǎn)，如圖2c中點(diǎn)P5和圖3c中點(diǎn)P2所示。這樣，通過(guò)裝夾特征點(diǎn)的位置狀態(tài)可以清楚地反映與夾具功能元件的接觸方式。

    根據(jù)軸心線(xiàn)方向vA，外圓柱面分為兩種裝夾可用狀態(tài)：vA^z時(shí)，稱(chēng)為水平外圓柱面(如圖2a)；vA∥z時(shí)，稱(chēng)為垂直外圓柱面(如圖3a)。

水平外圓柱面在一點(diǎn)裝夾情況下，只有四條表面母線(xiàn)可用作裝夾特征，定義如下：

頂部夾緊：vR=z的用于夾緊的水平外圓柱面母線(xiàn)。

側(cè)面定位：vR^z的用于定位的水平外圓柱面母線(xiàn)。

側(cè)面夾緊：vR^z的用于夾緊的水平外圓柱面母線(xiàn)。

底部定位：vR=z的用于定位的水平外圓柱面母線(xiàn)。

水平外圓柱面用于兩點(diǎn)裝夾的情況，定義為水平外圓柱面定位，可用區(qū)域?yàn)槠湎掳氩勘砻�，即vR=-z。

垂直外圓柱面在一點(diǎn)裝夾情況下，周向各條表面母線(xiàn)均可用作裝夾特征，定義為：垂直外圓柱面?zhèn)让娑ㄎ缓痛怪蓖鈭A柱面?zhèn)让鎶A緊。

垂直外圓柱面用于兩點(diǎn)裝夾的情況，定義為垂直外圓柱面定位或垂直外圓柱面夾緊，其各部分表面都有可能用于該裝夾特征。

外圓柱面用于裝夾特征可以是整個(gè)圓柱表面，也可以是圓柱表面的一段或一部分。

內(nèi)圓柱面類(lèi)型的裝夾特征

    內(nèi)圓柱面，即孔，主要用于定位，其特征方向一般以其軸心線(xiàn)的方向vA表示，vA指向與相應(yīng)夾具功能元件的接觸特征方向相對(duì)。該類(lèi)型的裝夾特征分為以下兩類(lèi)：

垂直定位孔：vA∥z的用于定位的內(nèi)圓柱面。

水平定位孔：vA^z的用于定位的內(nèi)圓柱面。

其他非基本裝夾特征

    邊定位：邊定位實(shí)際上是側(cè)面定位面與底面定位面一起用于特定的定位元件(如角型支承)的組合裝夾形式，該裝夾形式以其兩定位面的交線(xiàn)作為裝夾特征的表示，故稱(chēng)為邊定位。

    邊定位在夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，并不像上面介紹的基本裝夾特征一樣被裝夾規(guī)劃所考慮，而是作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇夾具元件的結(jié)果表現(xiàn)。但在人工交互設(shè)計(jì)狀態(tài)，用戶(hù)可以直接在工件特征模型上定義該裝夾特征。

    特殊定位面和特殊夾緊面，屬于用戶(hù)自定義范疇的裝夾特征，主要用于定義工件實(shí)體上其他特殊的形素或幾個(gè)形素組合，以與特定的夾具組件掛鉤。從而為專(zhuān)用夾具設(shè)備提供了接口，也保證了夾具元件、組件類(lèi)型以及裝夾方式等具有按用戶(hù)方式擴(kuò)展的能力。特殊裝夾具有明顯的專(zhuān)用性，在本文中暫不討論。

三、小結(jié)

    裝夾特征的分類(lèi)定義是夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，普遍的工件幾何表面一旦被定義為裝夾特征便具有了明確的裝夾含義。本文對(duì)各種工件裝夾特征進(jìn)行了系統(tǒng)地分類(lèi)與定義，明確了用于裝夾的工件表面類(lèi)型，作為夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征依據(jù)。