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摘要：针对槽系组合夹具和专用夹具的设计特点，以Visual Foxpro 6.0为数据库平台，在Unigraphics为CAD平台上以VC++6.0为集成开发环境，开发了基于特征造型、参数化驱动的三维夹具设计CAD系统。系统介绍了夹具CAD系统研制中夹具数据库的系统原理、数据库的建立、库的操纵及其实现的技术方案。
关键词：夹具设计；数据库；参数化驱动；功能树；装配模型
1 引言
槽系组合夹具的设计、装配比较灵活，装配的形式多样，难度较大。在研究开发夹具CAD系统时以槽系组合夹具为基础，同时兼顾专用夹具，做到通用与专用相结合，可以较好地满足夹具设计的需要。
夹具数据库的设计是夹具设计的基础和关键部分，无论是组合夹具还是专用夹具的设计，夹具元部件库、组件库和夹具体库的设计与操作的优劣都直接影响着夹具设计的质量和效率。作者在开发计算机辅助夹具设计CAD系统时，借助Visual Foxpro6.0为数据库平台，在UGII的CAD平台上以Visual C++6.0为集成开发环境较好地解决了夹具设计中数据库建立与操作的问题。
2 夹具CAD系统的核心模块
夹具设计系统的核心模块为夹具设计平台的子模块，其功能模块如图]所示。 （图片）
图1系统的核心模块 夹具设计平台的工作原理：首先由服务器端获取产品信息和制造工艺，通过功能结构与制造资源、工艺信息的映射推理对数据库中的功能组件进行查询。在获取可选的功能元部件和组件之后，在其基础上通过一定程度的改进得到各子功能结构的定位夹紧方案，从而得到夹具的初始方案。然后在初始方案的基础上进行精度分析、虚拟装配测试、结构的优化设计得到合理的夹具设计方案。在此功能模块中有两大核心任务：建立夹具元部件库、组件库、夹具库及功能结构与制造资源、工艺信息的知识推理库；精度分析、结构优化与仿真测试。
3 夹具数据库的系统原理
3.1 资源库与知识库
通过对组合夹具元部件的几何特征、功能信息进行分类记录和整理，可以建立夹具元部件库。同时根据夹具元部件的功能特征以及元部件之间的装配关系，建立夹具组件库。详细分析待加工产品工艺信息、加工精度要求及夹具应用方式建立知识推理库。图2是夹具设计过程涉及的资源库与知识库信息模型。（图片）
图2 资源库与知识库信息模型 3.2 夹具元部件库系统的原理
建立夹具元部件库的关键是按其信息模型生成具有参数化特性的夹具元部件设计信息，并以有效的组织方式存储于数据库中，供用户使用。夹具元部件库系统的核心是其信息模型，包括功能模型、特性模型、参数化特征模型、应用模式、材料与精度模型等五方面的内容。用户通过交互界面建立夹具元部件信息模型。输入的内容分为两类，一是三维参数化特征实体模型和特性数据；二是材料、精度、应用模式等信息。它们以一定的结构存贮于数据库中，提供对夹具元部件的完整描述。
夹具元部件主要应用于夹具的组装设计，设计者可方便根据功能和分类检索夹具元部件，并根据应用模型定义的装配定位方法将元部件置于合适的位置。对于组合夹具，系统提供生成装配示意图的功能，也就是装配爆炸图的工具，以及生成元部件明细表的工具。装说爆炸图可以用UG的功能二次开发实现。生成明细表时，则要读入夹具的装配模型，并从元部件库中引入元部件特征生成零件明细表。如图3所示。（图片）
图3 夹具元部件库系统原理图 3.3 夹具库系统的组成
根据对夹具元部件库系统功能的分析，系统采用了图4所示的结构。夹具库管理系统由创建夹具元部件库、创建夹具组件库、创建夹具体库、增加新元部件、删除元部件、修改元部件、元部件分类查询、建库支持工具、语义字典管理和精度分析算法库等模块组成。（图片） 4 夹具数据库的建立
对于组合夹具的设计主要集中在夹具体的概念设计、零部件的结构装配设计和结构优化设计等功能的基础上，概念设计完成后就进行结构的装配设计。装配设计的主要任务是从夹具元部件库中调入需要的对象进行装配，同时进行相应的编辑修改。对于专用夹具的设计重点则集中在夹具的定位、夹紧方案设计和结构的优化设计上，在进行专用夹具的设计时合理地利用夹具库中已有的元部件和结构有助于提高设计的效率。夹具的结构优化设计则主要完成夹具的稳定性分析、强度分析、精度分析和提高产品的加工效率上(如一副夹具上同时以对称、旋转或阵列的方式来定位多个工件)。夹具数据库的设计主要包括夹具元部件的图形库的建立、夹具元部件的工程信息库、图形库与工程信息库的映射、夹具库管理等几部分组成。
4.1 建立夹具元部件的图形库
为了提高夹具的设计质量和效率，在进行夹具图形库的建立时首先将夹具系统元部件按功能分类(UnitSort)为基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧及紧固件、合件、专用夹具零部件、辅助件等几大部分。夹具元部件的分类有助于夹具库的建立和操作，有利于夹具设计时对元部件的编辑和修改。
事实证明模型建立的正确与否在很大程度上决定了夹具设计过程的有效性和顺利程度。利用UGII强大的三维造型功能以参数化的思想进行夹具的实体造型，在进行元部件的图形设计时按照以下几点原则进行：参数的数目适当合理、几何约束完整、参数约束要完善、避免二义性的问题、排除异常情况、图层管理统一、实体颜色按类型管理。
为了提高夹具设计时的装配效率，在进行夹具元部件的图形设计时，按照槽系组合夹具和专用夹具的装配设计规律如槽槽对齐、槽键对齐、孔轴同心等对元部件的装配面进行特征属性面定义(FaceType)，当属性面定义完成后按装配方式(MateType)通过搜索对应的特征属性面进行装配设计，达到快速装配的目的。
4.2 建立夹具元部件的工程信息库
夹具工程信息库存储着工程信息，主要包括夹具元部件的文件序号、类型、名称、规格、参数、文件名、图形文件和bmp文件，通过分析夹具元部件及其所固有的属性按数据库规范建立实体-联系的E-R模型图、然后根据逻辑E-R模型图建立夹具元部件的主数据库，如表1所示为夹具元部件主库，由于一个元件或部件由多个系列组成，利用参数化的思想建立该元部件的参数库，如表2所示为夹具元部件的参数库。表1 夹具元部件主库
（图片）表2 夹具元部件参救库
（图片）4.3 工程信息库与图形库的映射
图形库和工程信息库的映射是按照一定的规则建立图形库和信息库的联系，从而获得元部件的模型，包括文件名、控制参数、类型、名称、规格等数据；当对图形库或工程信息库进行修改的同时可以保持数据的独立性、一致性和完整性。
4.4 夹具元部件库的管理
系统根据元部件的不同功能将元部件分为几种主要的功能模型，功能模型可用功能树来表示。对夹具元部件装配的管理也就是功能树的建立与管理。功能树的建立与管理模块的基本功能包括功能树的建立、存取、树结点的增加与删除以及树结点的设计。为此设计了以下的数据结构对夹具元部件和功能树节点进行存储和操作：
(1)夹具元件信息存储
typedef struct part_attirbute {
char UnitSort[32]；/*夹具元件分类*/
char UnitName[32]；/*夹具元件名称*/
char UnitCode[32]；/*分类代号*/
char Specs[16]；/*规格*/
int Storeage；/*库存量*/
char bmpfile[64]；/*夹具元件Rmp文件*1
char ugfile[64]；/*夹具元件图形文件*/
char dbfile[64]；/*数据库文件名称*/
}USER_part_attribute, *USER_part_attribute_p_t；
(2) 功能树结点的数据结构
typedef struct Treenode {
char open；/*子类型结点是否展开的标识*-/
char describe[32]；/*功能结构单元名称*/
char bmpfile(133)；/*功能结构单元Bmp文件*/
char prtfile[133]；/*功能结构单元图形文件*1
char dbflile[133]；/*功能结构单元数据文件*j
struct Treenode*Tparent/*结点的父结点*/
struct Treenode*Tfirstchild；/*结点的第一子结点*/
struct Treenode*Tnextbrother；/*结点的下一个兄弟结点*/
)TREENODE；
在进行装配设计时，系统根据所建立的功能模型，从系统的功能结构树中调用相应的功能结构单元。通过生成的功能树反映了夹具设计的当前状态，可以从生成的功能树进入任何功能结构单元结点修改设计。同时可以编辑功能结构单元的装配关系，修改生成功能结构单元的参数，对功能件进行删除或替换。为此设计了以下一系列的方法对数据库和功能树结点进行相应的操作：
DBF *dbf_create(char*filename,intfldcount,DHF_STRU*dbf_stru) /*创建数据库*/
DBF *dbfopen(char*dbfname) /*打开数据库文件*/
struct dbftabdata*dbf_gettable1(char*tablename,char*sqlstr) /*从数据库中读数据，结果放在dbftabdata中*/
void dbf_delete_rowlist(TABDATA*table,ROWLIST*rl2,ROWLIST*rl) /*删除数据表中的记录*/
int dhf_TempDhfRestore(char*tablename,TABDATA*tabledata) /*恢复临时数据库(temp.dbf)中的内容到永久数据库中*/
extern int Load_Fixpart1(char*specs，char*fixname，tag_t*inst_tag) /*添加夹具元部件到工程中*/
in TREE-add-node(char*dbf_file,TREENODE*parent,TREENODE**mytree1) /*添加功能单元结点到功能树*/
int TREE_del_node(char*dbffile,TREENODE*tree,TREENODE**my_tree1) /*从功能树中删除功能单元结点*/
int TREE_display(int dialog_id，const char*item_id，TREENODE*tree) /*显示功能单元*/
int TREE_select_cb(int dialog_id，int index，char *bitmap_id,TREENODE*my_tree1) /*选择功能单元结点进行装配设计*/
void TREE_add_to_dbfile (char*dbffile，char *parent, char*describe) /*功能结构单元加入到数据库中*/
void TREE_del_from_dbfile(TABDATA*tablesort, char*parent, char*describe) /*功能结构单元从数据库中删除*/
.....
4 小结
夹具设计一直是现代制造业的一个瓶颈，尤其是在数控技术日益广泛应用的今天。数据库技术已经成为现代软件工程的基石，工程数据库技术也是制造业一直期待解决的问题。本文在对槽系组合夹具和专用夹具设计特点进行分析的基础上，分析了夹具CAD系统的核心模块、夹具数据库的系统原理和夹具数据的建立与操作等，并将数据库技术应用于计算机辅助夹具设计CAD系统的研制中，为该系统实际应用奠定了基础。
参考文献
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作者简介：王华侨(1974-)，男，硕士，工程师 研究方向为CAD/CAM/CAE、现代数控技术
12/30/2005
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