1 治具設(shè)計(jì)的概念

    1.1 治具設(shè)計(jì)沿于臺灣的叫法，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；后者為檢測使用，因?yàn)橛行�機(jī)械尺寸不便于測量，因其形狀復(fù)雜，我們只好設(shè)計(jì)專門的檢測塊或者檢測用的針對某一種產(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：由于對產(chǎn)品處理工藝多樣化，如機(jī)加工、表面噴涂、檢測、膠合等工藝處理，因?yàn)樾枰�的治具種類相對繁多，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)制造的整個流程，在這個過程中我們可以看到使用到的軟件就涉及多款軟件，所以對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

    以下我們通過一個案例來介紹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，為了保證每個裝配件之間不發(fā)生干涉，CimatronE軟件支持每個部件之間的干涉檢查分析，可以快速直觀的看到每個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)候每個部件之間關(guān)聯(lián)性的變化，而CimatronE軟件采用的是全參和無參相結(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，首先對產(chǎn)品數(shù)據(jù)本身的多次轉(zhuǎn)換勢必會造成部分?jǐn)?shù)據(jù)錯誤，其次，涉及到多款軟件也會造成企業(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)行各個配件的加工制造。

    CimatronE自帶各種型號的標(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)和無參數(shù)設(shè)計(jì)相結(jié)合的模式，使得我們在進(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)也可以使得我們在進(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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本文標(biāo)題：CimatronE在治具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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