1 治具設計的概念

    1.1 治具設計沿于臺灣的叫法，在大陸我們一般叫工裝夾具與檢具設計。

    （1）夾治具（Fixture Jig)的定義：一般而言，凡是在機械制造過程中，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計的一種工裝夾具；后者為檢測使用，因為有些機械尺寸不便于測量，因其形狀復雜，我們只好設計專門的檢測塊或者檢測用的針對某一種產(chǎn)品而設計檢具。

圖1 治具

    1.2 治具主要特點

    （1）設計多樣性：由于對產(chǎn)品處理工藝多樣化，如機加工、表面噴涂、檢測、膠合等工藝處理，因為需要的治具種類相對繁多，零配件復雜多樣化；

    （2）仿形設計：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 治具設計對軟件的要求

    （1）方便快捷的設計處理能力；（2）快速的仿形避讓處理；（3)豐富的零配件庫和自定義標準件和非標件的能力；（4）高效處理設計變更的能力。

2 傳統(tǒng)治具設計制造流程

    2.1 傳統(tǒng)治具設計制造流程

圖2 傳統(tǒng)治具設計制造流程

    2.2 傳統(tǒng)治具設計制造流程分析

    從上述流程圖我們可以清晰的看到傳統(tǒng)治具設計制造的整個流程，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設計制造流程

    3.1 CimatronE治具全3D設計制造流程

    以下我們通過一個案例來介紹CimatronE全3D治具設計。

    (1)在準備做支撐塊設計之前先根據(jù)產(chǎn)品處理工藝的不同需求，可在CimatronE軟件中設計好相應的治具架結構，并且可以將這些治具架客自化成公司的標準件進行使用，這樣可以極大的節(jié)省治具設計的時間：

圖3 CimatronE設計治具架

    (2)根據(jù)不同產(chǎn)品處理工藝，調(diào)用現(xiàn)成合適的治具架結構（本案例調(diào)用上升式治具架結構）：

圖4 調(diào)入治具架

    (3)調(diào)入需要做支撐塊設計的產(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)整合適的結構尺寸：

圖6 調(diào)整整套治具架尺寸

    (5)支撐塊的設計，在傳統(tǒng)治具設計過程中支撐塊采用的是壓板和支撐塊在一起進行設計，當進行支撐塊的設計的時候不方便觀察上壓板是否干涉支撐塊的相關位置，同理做壓板設計的時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治具設計中出現(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，分別進行上壓板和支撐塊的設計，這樣就可以分別隱藏上下面進行壓板和支撐塊的設計：

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)域對設計師的經(jīng)驗要求非常高，且出錯率較高，當導入3D軟件中設計好支撐塊主體以后再需要修改讓位區(qū)域就非常麻煩，因為尺寸參數(shù)不能關聯(lián)。CimatronE全3D設計采用的是利用讓位標準件和隨形線框功能，并且參數(shù)可以相互關聯(lián)便于后期的修改：

圖8 設計讓位

    (7)創(chuàng)建支撐塊主體，結合CimatronE全3D造型設計以及仿形切割實體功能，快速創(chuàng)建支撐塊主體：

圖9 設計支撐塊

    (8)在完成讓位槽和支撐塊主體設計之后，就需要添加相應的組件完成整套治具的設計，像汽缸、電子眼、五通、加熱棒、軸承套等均可在CimatronE軟件中定義為標準件或非標件，然后在治具裝配設計的時候只需要加載即可。

圖10 自定義標準件

    另外，CimatronE軟件自帶多大30多種標準件，通用的螺栓螺帽均可直接調(diào)取使用：

圖11 調(diào)入自帶標準件

    (9)所需要的標準件、客自化件、支撐塊主體、壓板等部件都設計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計，后續(xù)出現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)設変的時候，CimatronE全3D設計模式采用專業(yè)的設変處理功能，減少因為傳統(tǒng)3D軟件全參數(shù)設計的參數(shù)關聯(lián)導致變更的時候每個部件之間關聯(lián)性的變化，而CimatronE軟件采用的是全參和無參相結合的設計模式，方便快捷的做到數(shù)據(jù)的設計變更：

圖13 設計變更

    (11)完成整套治具設計：

圖14 整套治具裝配

4 CAM制造

    為了使得企業(yè)在治具設計制造的過程中實現(xiàn)由設計到加工一體化操作，CimatronE軟件可以在治具設計完成以后將相應的各個零配件一鍵切換到NC模式下，進行編程，相同軟件之間的操作可以極大的減少數(shù)據(jù)轉換造成的數(shù)據(jù)錯誤：

圖15 CAD-CAM轉換

5 小結

    由于傳統(tǒng)治具設計要完成一整套治具設計需要涉及多款軟件，首先對產(chǎn)品數(shù)據(jù)本身的多次轉換勢必會造成部分數(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治具設計，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完成治具設計以后可直接切換到CAM模式下進行各個配件的加工制造。

    CimatronE自帶各種型號的標準件多達30多種，客戶完全可以根據(jù)自己的設計需求直接調(diào)取即可，同時CimatronE提供了客自化標準件的設計功能，使客戶在處理客自化零配件的時候得心應手；CimatronE采用全參數(shù)設計和無參數(shù)設計相結合的模式，使得我們在進行治具裝配設計的時候，可以快速的進行從新布局和定位，全參數(shù)設計也可以使得我們在進行設計變更的時候，保證整體結構的變更一致性。

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本文標題：CimatronE在治具設計中的應用

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