计算机辅助夹具设计的回顾与展望
计算机辅助夹具设计的回顾与展望
夹具的设计是一个重要的工艺设计活动，计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAM）是至关重要的自动化的计算机集成系统。本文所介绍的内容是通过最先进的国家的夹具设计审查办法。目前的研究领域集中在对现有方法的缺陷改进，在不久的将来也可以攻克。
1．引言
夹具在制造业中被作为机构使用，正确位置的夹具可以在机床加工过程中提供正确的定位。通常情况下，夹具设计涉及钳，定位和支持点的确定，并为各自的职能找到相应的夹具元件的选择。制造自动化夹具设计系统是一个重要的研究领域，必须加以解决技术难关，以达到设计和制造一体化。夹具的设计是一项复杂的任务，作为制造环节中一个关键的设计，尤其是在现代计算机集成制造系统中（CIM） [1,2]。基于计算机的夹具设计自动化的活动通常被称为计算机自动或计算机辅助夹具设计（计算机辅助夹具设计）。
2．文献回顾
2.1 有关夹具设计的初步倡议
目前已在夹具设计领域的发表了许多文档。自动夹具设计不是新的理论[3]。在Markus [4] 和 Miller[5]的工作中，夹具的定位和夹紧都是没有自动确定的。这里所采用的方法是互动的，用户指定的夹紧定位和支撑点，然后确定夹具所需的位置，最后采用适当的夹具元件。这项工作没有解决自动化夹具设计任务的问题。然而，它试图用给定的零件设计所开发的半自动化的方法来解决夹具的设计。在[6]中，主要的定位表面和其相关的定位位置都是假设给定的，所以问题归结为确定二级和三级所需要定位的位置。在Chou [7]的工作中，把夹具的夹紧方面的设计作为重点。夹具的夹紧过程的发展是建立在工件稳定和完全克制的双重标准下的。完全克制的要求，确保了限制使用夹具的某一工件自由度和平衡切削力。
2.2基于专业系统的方法
研究人员早就认识到了发展计算机自动夹具设计方法（计算机辅助夹具设计）的重要性，其中夹紧，支撑和定位的设计属性可自动生成不同的零件设计。人工智能的方法的使用(AI)，越来越多的运用在夹具设计系统中另据报道[8-10]。
Nee等专家通过了一套权威的系统方法[11]，在执行夹具设计的任务时，启发式规则库被用来生成夹具定位和夹具夹紧的基本元素。一个给定的CAD产品设计模型被作为夹具设计的前提。拥有工件最大横截面积的表面被选为主要定位的表面，其次的定位表面是垂直主要定位表面。
在[12]中, 基于规则的专业系统是这样被描述的：确定旋转部件的定位面和夹紧面。（Gandhi等） [13]讨论了专业系统的体系结构用来执行夹具设计中使用组合夹具元件。其他面向夹具设计方法的专业系统包括AIFIX [14]所存在的问题就是最终解决夹紧的问题。
2.3机理模型和模块化夹具
其他计算机自动夹具的设计工作，Sakurai[20], Boerma 和 Kals [21], 和 Rong and Zhu [22]，这个系统的发展被描述成能够自动设置规划和夹具自动设计能力的发展。这两个能力和启发式开发方法将能够去开发和分析夹具设计的能
力。一个组件（部分）的实体模型是用作夹具设计任务的前期投入。建立和规划夹具设计的要求，包括工件的准确位置，在加工过程中的刀具之间的干扰，以及工件方面和夹具元件所存在的问题。此外还有另一个相关方面的研究，就是在加工过程中工件的变形。一个以模型为基础的弯曲变形分析，可以获得的工件变形的估计值。然后根据分析，可以得到更多的支持。
3.结论和未来发展趋势
虽然有大量夹具设计技术已提出和实施，夹具的设计在CAD和CAM等结合起来方面仍存在一个重大的技术难过。其中一个原因是，夹具的设计方法正在被发展成不完全与其他产品工艺设计的活动。虽然研究人员分析和研究了如何自动化的方法，并找出了一些发展的工作方法，在并行工程中来支持夹具设计。未来的夹具设计必须侧重于方法，夹具设计不仅能作为CAD和CAM之间的桥梁，而且更重要的，旨在支持跨职能的参与和并行工程方法。更重要的是，可以支持跨功能的参与和并行工程方法。这些做法将有助于团队的领导者了解小组其他成员，对设计中的夹具可制定整体设计评估方案。夹具制造周期涉及诸如产品设计，管理人员，专业装配和规划等方面，在夹具设计中使用虚拟原型的概念将可以对夹具设计进行评价，研究，修改。这样可以更好地促进团队合作等方面的发展。
还有一个可以发展夹具设计的方法，无限地使用CAD和CAM的规划和制造资源[24]。在今天的虚拟企业（VE）的导向的制造业环境中，规划和设计过程的资源可能会分布在世界各地，这将产生新的问题。该软件工具和虚拟环境的其他资源可在另外计算平台上操作，而且还有一个编程语言系统，这可能不是各种执行相互影响的结果。在这个不断变化的国际制造业加工过程中有必要制定统一的夹具设计方法，必须通过无限协作的方式和能够进行远程分布式交互产品需求的方法，开发出能快速地开发夹具的创新夹具设计的系统。在以信息技术（IT）为导向的现代制造业，任何新的计算机辅助夹具设计方法必须解决的无限数据交换所带来的问题，此外还有在一个虚拟企业范围内的综合规划分布式通信的问题。
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