用于自动化设计和制造需要加工独特安装几何形状的定制的工件夹具的方法和计算机程序的制作方法

专利名称：用于自动化设计和制造需要加工独特安装几何形状的定制的工件夹具的方法和计算机程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于自动化设计和制造需要加工基本上独特安装几何形状的定制的工件夹具或其它类似物体的方法和计算机程序。具体来说，本发明涉及一用于定制的工件夹具的基本上自动化的CAD/CAM设计和制造的方法和计算机程序，所述夹具用来定位和固定工件或其它的物件，工件固定在夹具上实施加工、焊接或组装，其中，支承结构的计算机模型和定位和夹紧装置，包括与其相关的尺寸和安装几何形状，便于形成和测试工件夹紧的概念、便于绘制夹具图纸，以及产生和格式化对应的控制程序，以便控制一制造工件夹具的机器。
背景技术：
人们经常希望形成一定制的工件夹具，来定位和夹紧、保持，或其它方式固定要求进行制造加工操作的零件、工件或其它的物件，所述制造加工，例如有机加工、焊接，或组装。遗憾的是，形成这样一工件夹具，从设计到实际制造可以是一个漫长、费钱和通常效率低下的过程。
目前，建立夹具首先形成一“工件夹紧的概念”或策略，以便在制造操作过程中，夹持工件。一普通的方法是，首先是一支承结构或底座结构，例如，通常包括一水平的安装板、一塔形结构、一角板、一窗结构，以及其它的支承结构。一设计者选择和布置一个或多个定位和夹紧装置，其方式足以充分地和安全地将工件定位和固定在支承结构上。这样的选择和布置取自于来自不易的经验和基于如下的考虑，例如，工件、装置和支承结构的的规格和特征；特殊的应用和在工件上实施的操作；以及围绕这些操作的特殊的环境。
正如本技术领域内的技术人员将会认识到的，形成工件夹紧的概念对各个不同的工件是一定制的过程。没有设定标准，这意味着，每个从事该种类型工作的人可各行其事。因此，由于少有标准化或没有标准化，该过程在设计和形成工件夹紧概念中会要求相当的知识和经验，并可包括成本上和耗时的人力上差错造成的相当的风险。
一旦工件夹紧概念完成，它必须予以实施来生产实际的工件夹具。首先，必须由夹具制图员绘出详细设计图，其中，须示出和标明各个定位和夹紧装置在支承结构上的合适的位置。该图还必须示出和确定各装置的安装几何尺寸，例如，包括紧固件或孔的形状，装置通过它们将可固定到支承结构上。此外，为了制造的目的，所有安装的几何尺寸通常参照支承结构上的一公共定位轴线为基准。在图纸形成的过程中，如果发现装置、支承结构和工件之间的间隙不足够，则工件夹紧的概念必须重新设计，以避免过盈或其它的问题。
接下来，必须由一CNC程序设计员开发一计算机数字控制(CNC)程序。该CNC程序基于工件夹紧概念，并根据工件夹具的图纸，因此，它同样地对每个夹具是唯一的。CNC程序提供引导一CNC机器制造支承结构所需要的机器编码，所述制造包括磨削、钻削和攻丝或其它方式对装置实施的安装几何形状的加工。此外，CNC程序设计员将开发一工具清单，其识别所有需要的工具，并将编组类似的步骤或包含类似工具的诸步骤，以便通过减少或消除冗余的或其它低效的或浪费的工作来提高准备工作的效率。
接下来，一机器操作者使用夹具图纸和CNC程序来准备制造支承结构的加工操作。这包括验证CNC程序，其方法是，加载任何要求的工具，并通过各工件安装几何尺寸的加工来小心地步进，以确保每一步将按照夹具的图纸合适地进行。通常，对各种类型的待夹持的工件，将只有一个唯一的支承结构，不管工件的总数如何，必须有如下的各步骤形成工件夹紧的概念，形成夹具图纸，编制CNC程序，加工支承结构，每一步骤必须绝对地准确，否则的话，工件的每一情况都会被不合适地加工。
一旦支承结构完成，可安装各种定位和夹紧装置，此后，支承结构准备夹持工件以备机加工、焊接，或组装过程。
应该认识到，该过程缓慢、效率低下和充满潜在的差错。通常，包括四个技术人员，包括工件夹紧概念设计员、夹具制图人员、CNC程序编制员，以及机器操作员。从开始到完成的全部时间可容易地达到四周或超过四周。在过程中的任何点上犯下的错误可以维持和可能放大，并直到支承结构组装时才可能被发现，因为不准确的孔形，或某些情形下，孔形可能准确但工件夹紧装置的放置可能错误，因而，工件夹紧装置不能合适地安装。错误被发现时，可以填塞不准确的孔并重新钻孔支承结构，而不是重新开始，但在任一种情形下，会失去时间和金钱。
由于现有技术中存在的上述的和其它的诸多问题和缺点，需要改进设计和制造定制夹具的工艺过程。

发明内容
在现有技术中，对于用于自动设计和制造定制的工件夹具或其它要求加工、制造或组装基本上唯一的安装几何形状的类似的物体的方法和计算机程序方面，本发明提供了一截然不同的进步。具体来说，本发明提供一用于定制的工件夹具的基本上自动化的CAD/CAM设计和制造的方法和计算机程序，所述夹具用来定位和固定工件，工件固定在夹具上实施加工、焊接或组装，其中，支承结构的计算机模型和定位和夹紧装置，包括与其相关的尺寸和安装几何形状，便于形成和测试工件夹紧的概念、便于绘制夹具图纸，以及产生和格式化对应的控制程序，以便控制一制造工件夹具的CNC机器。
在一优选的实施例中，本发明体现在一储存在一系统内并由该系统执行的计算机程序，该系统包括一连接的基本上传统的计算机装置，并操作来引导和控制基本上传统的CNC机器对工件夹具进行加工。工件夹具包括支承结构和一个和多个工件夹紧装置，例如，工件夹紧装置可以是摆动夹具、工件支承、特殊用途夹具、边缘夹具，或夹头虎钳，其特性可以是电气的、液压的或手工的。
在一优选的实施例中，计算机程序补充到现有的CAD软件中，广义地包括涉及到一个或多个工件夹具模板的编码段；一个或多个支承结构的预定义的库，装置模型，以及相关的过程；一个或多个用户定义的特征(UDF)；一CNC后信息处理器；以及一个或多个大图标。设置夹具模板来便于设计过程标准化和提高设计过程效率。模板可用下列参数进行预设定操作参数、制造参数、工件单元定义；工具定义、PPRINT设定，以及每个新CNC程序必须执行的任何其它的设定。因此，不是从草稿开始各个新夹具的设计，一用户可选择从现有的模板开始，并变化参数和其它需要的合适的参数。
库包含多个计算机模型或各种支承结构和定位和夹紧装置的虚拟的实施例，以及它们相关的尺寸和安装几何形状。这允许用户从库中简单地选择一理想的支承结构和一个或多个理想的装置。因为尺寸和安装几何形状显示在模型中，所以，计算机程序能够方便地核查公差、间隙和过盈。
UDF用来获得设计和制造的意图，其呈可应用于新设计的一种形式。某些UDF与设计相连，并用来自动地将夹具模型移置到选择的夹紧装置的安装几何形状，其包括攻丝孔、间隙孔和螺纹孔，以及其它的特征。其它的UDF与制造过程相关，并用来自动地产生将安装几何形状加工到支承结构所需要的CNC程序。
CNC后信息处理器用来输出正确格式化的或其它合适的CNC程序编码，用于特殊类型的或品牌的用来加工工件夹具的CNC机器，由此，允许本发明适应各种不同的CNC机器。
大图标是图形的用户接口(GUI)，提供来提高设计和CNC程序产生过程的效率。这些图标以及计算机鼠标或指示器的电子选择，导致启动相应的功能。
在使用和操作中，本发明的功能如下。首先，就如现有技术那样，必须形成一工件夹紧概念，以便定位和固定工件。在本发明中，通过基于计算机的自动化，使用虚拟的部件和模拟来基本上提高这样的夹紧概念的形成。例如，在一实施例中，可选择一合适的夹具模板，以提供一方便的开始点，由此，继续设计过程。
此后，可从各种这样的支承结构的显示中，选择一合适的计算机模型化的或虚拟的支承结构。然后，可从各种这样的装置的显示中，选择一个或多个合适的计算机模型化的或虚拟的定位或夹紧装置。一旦选定，装置可定位在选择的支承结构上，其方式足以充分地和安全地定位和固定工件。这样选择的合适性可立即和确定地进行测试，这样，如果必要的话，在过程中发生任何其它进展之前，可进行替代。
装置使用一模型化标准来建模，在此标准下，所有安装孔可定义为孔形的部件，其减少用户定义特征(UDFs)的数量。各UDF可参照孔形的一前导部件初步地放置，并自动地将自己粘贴到孔形的其余部件。如果一标准的孔形不能用来呈现孔形件的不规则的放置，则使用孔形台。此外，各孔形的前导部件将含有或其它方式与一名字相关，或描述孔类型的其它的识别标志。该特征有助于计算机程序以后形成CNC程序。
此外，如上所述，夹紧或其它方式可移动的装置的所有模型将包含合适的参数和关系，以允许计算机程序校核合适的间隙和过盈。此外，如有可能，各模型将包含代表夹紧接触点的零件，它们可用来更容易地定位装置。此外，计算机程序使用设计的变化表，如有可能的话，可以认识到，该表允许用户容易地替代装置，以便回顾多个设计细节。
接下来，必须绘制夹具图纸。因为工件夹紧概念形成是计算机化的并集成在CAD软件中，所以，可快速和有效地形成和测试工件夹紧概念，并连同同时绘制出最终概念的夹具图纸。因此，这些步骤是有利地和有效地组合的。
然后，必须产生CNC程序，其操作来实施检验的工件夹紧概念。CNC程序的产生是自动的并由计算装置根据选择的模型、其尺寸和安装几何形状和夹具图纸来执行。
在本发明中，CNC编码的检验可以减到最少，因为它由测试的工件夹紧概念所造成。然后，提供的检验呈对应于CNC程序的可显示的模拟的工具运动的形式。因此，CNC程序容易地得到检验，而不需涉及到CNC机器本身。在CNC机器远离产生CNC程序的地方定位的情形下，这一点特别有利。
一旦产生CNC程序，CNC后信息处理器格式化或其它方式适用于特殊的使用的CNC机器。
在本发明的另一实施例中，一用户可选择一工件和一个或多个夹紧装置，以便在选择一合适的支承结构之前夹持住工件。具体来说，用户首先选择和显示一工件，然后，选择和显示一个或多个夹紧装置来夹紧工件。然后，选择一支承结构，以便在其上安装夹紧装置和工件。
应该认识到，较之现有技术，本发明提供了许多显著的优点。例如，现有技术的过程缓慢、低效和充满潜在的人为的错误，而本发明通过基本上自动地和计算机计算大量工件夹具设计和制造过程，从而有利地最大程度地提高效率，并最大程度地减少或消除错误的风险。此外，现有技术过程通常要求投入四个人，包括工件夹紧概念设计员、夹具图纸制图员、CNC程序设计员，以及机器操作员，而本发明有利地和有效地组合工件夹紧概念形成和绘制夹具图纸并产生机器程序，由此，去除了制图员和程序设计员，因此，最多仅需要两个人。这种显著的简化允许诸如顾客、设计和制造过程三方的值得的参与。此外，现有技术过程经过的时间可容易地达到或超过四周(不包括纠正错误所需要的时间)，而本发明有利地将经过的时间减少到几天，由此，从设计到制造所需的时间减少达80％。
本发明的上述的和其它重要的特征将在下面的“具体实施方法”一节中作更加完全地描述。
附图的简要说明下面参照附图详细地描述本发明的一优选的实施例，其中

图1示出一用来实施本发明的一优选实施例的系统；图2是带有将工件固定在其上的多个工件夹紧装置的工件夹具的立体图，其中，工件夹具的设计和制造是本发明的一成果；图3是类似于图2的-工件夹具的局部立体图，其中，示出工件夹紧装置的复杂性和操作关系；
图4是示于图2和3中的工件夹紧装置之一的侧视图，其中，示出尺寸、间隙、公差和安装几何的复杂性，它们被模型化并自动地说明本发明；图5是本发明的计算机程序的一优选实施例的诸部件的框图；图6是图5的框图的大图标部件的显示屏显示；图7是本发明的计算机程序产生的显示屏的屏幕显示，其中，显示屏示出各种选择的支承结构；图8是本发明的计算机程序产生的显示屏的屏幕显示，其中，显示屏示出一种选择的装置；以及图9是本发明的计算机程序产生的显示屏的屏幕显示，其中，显示屏示出已应用于一选择的支承结构的选择装置的安装几何形状。
具体实施例方式
现参照附图，图中示出根据本发明的一优选实施例构造的系统20。该系统20结合本文所述的计算机程序进行操作，以提供基本上自动地定制工件夹具22的CAD/CAM设计和制造，所述工件夹具22用来定位和固定零件、工件，或其它在其上进行加工的工件24，例如，机加工、焊接，或组装。计算机程序包括计算机或各种支承结构26的虚拟模型，以及各种定位和夹紧装置28，其中，包括各种尺寸和与其相关的安装几何形状，其便于形成和测试工件夹持的概念，形成夹具图纸，以及产生一用来引导或控制一制造夹具22的CNC机器32的CNC程序。
这里所描述的本发明适于使用Pro/Engineer 3-D CAD/CAM的软件，目前可从Parametric Technology Corporation购得，其中包括一支持三轴磨削的基本Pro/NC-MILL程序包。该程序包通常包含多个模块，其包括Pro/Assembly、Pro/Detail、Pro/NC-Mill、Pro/Plot、Pro/Report、Pro/Surface。然而，本发明不限于该特殊的程序或程序包。容易地代用合适的其它类似软件，其中包括许多现有的CAD程序，其使用参数的工具或固体的几何性。
如图所示，特别地参照图1，系统广义地包括一计算装置30和CNC机器32。计算装置30可以是任何的基本上是传统的计算机，例如，一个人桌面计算机或笔记本计算机，目前，可从计算机制造商Dell Computer Corporation、Gateway Inc.、IBM Corp.和Compaq Computer Corp.购得，操作计算机来储存和执行本发明的计算机程序。同样地，CNC机器32是基本上传统的自动磨床，其操作来接受由本发明的计算机程序产生的CNC程序，在其导向和控制之下加工夹具22。
还参照图2和3，夹具22包括支承结构26和装置28，它们显示在一示范的操作关系中，其中，诸装置28起作将工件24定位和固定在支承结构26上，以使工件24可以安全地和合适地进行加工。本技术领域内的技术人员将会认识到，存在有各种支承结构26，或可以创造许多支承结构，例如，其包括一水平安装板、一塔形结构、一角度板、一窗结构，或其它类似的部件。本发明与支承结构26的特性或形式无关，只要其计算机或虚拟模型可以形成并以电子方式储存。
再次参照图4，图中示出一示范的摆动夹紧装置28的尺寸和安装几何形状。如图所示，该特殊装置28的下部29呈螺纹形，以便于将装置28安装到支承结构26上。装置28的上部可移动或摆动，由此，当放置装置28时，必须考虑间隙和过盈。螺纹的下部29形成该特殊装置的安装几何形状和孔形。可要求其它装置，例如，工件支承件、摆动夹具、特殊用途夹具、边缘夹具、夹具虎钳和其它类型摆动夹具，它们可以是电气的、液压的，或手动的特性，具有多个不同尺寸孔的较为复杂的安装几何性，例如，包括攻丝孔、间隙孔和螺纹孔。还有，本发明与支承结构28的特性或形式无关，只要其计算机或虚拟模型可以形成并以电子方式储存。
从图4中可以认识尺寸、间隙和公差的复杂性，以及与各装置28相关的安装几何形状。在现有技术中，尽管工件夹紧概念设计员将需要脑力上和手工上的各种考虑，但本发明的优点在于，所有这些做法都自动地进行，无需不合适的人工考虑或干预，由此，提高效率和简化选择、放置和定位装置28的测试，以及全部形成工件夹紧的概念。
编制本文所述的计算机程序都在计算机编程领域内的普通技术人员的能力范围之内。计算机程序包括多个程序段的组合，它们可以用任何合适编程语言来写，例如，Java或C++，并储存在任何合适的计算机可读存储器介质内。例如，一硬盘驱动或致密盘，并由计算的装置30来执行。
在该优选的实施例中，也参照图5，计算机程序包括多个涉及一个或多个夹具模板44的编码段；一个或多个支承结构26的预定义的库40，装置模型28，以及相关的过程；一个或多个用户定义的特征(UDFs)42；以及大图标48。程序连接到一CNC后信息处理器46，并甚至可包括一个一般的CNC后信息处理器。
夹具模板44是普通的模板或模型，其设置来便于设计过程的标准化和提高效率。模板44可预设操作参数、部位参数、制造参数、工件单元定义、工具定义、PPRINT设定，以及每个新CNC程序必须执行的任何其它的设定。这些参数允许用户整体地设定缺省的制造参数，其加速和标准化产生CNC程序的顺序的过程。制造参数将制造的UDFs42联系到CNC后信息处理器46，由此，便于形成一高水平的自动化，允许用户容易地输入诸如以下的信息，例如，一CNC程序名、一材料(例如，铝、铸铁、不锈钢、工具钢)，一最大加工深度，以及一加工荷载(例如，光、介质、重量)。因此，不是从草稿开始各个新夹具的设计，用户将从现有的模板44开始，并变化缺省的参数或其它需要的合适的参数。
预定义库40包含多个计算机或各种支承结构26及定位和夹紧装置28的虚拟模型，以及其相关的尺寸和安装几何形状。这允许用户方便地从库40中选择一理想的支承结构26，以及一个或多个要求的装置28。因为尺寸和安装几何形状呈现在模型中，计算机程序有利地能够校核公差、间隙以及支承结构26和装置28和工件24之间的过盈。
装置28使用一模型标准来建模，在此标准下，所有安装孔可定义为孔形的部件，其减少UDFs42的数量。各UDF42可参照孔形的一前导部件初步地放置，并自动地将自己粘贴到孔形的其余部件。如果一标准的孔形不能用来呈现孔形件的不规则的放置，则使用孔形台。此外，各孔形的前导部件将含有或其它方式与一名字相关，或描述孔类型的其它的识别标志。该特征有助于计算机程序以后形成CNC程序。
此外，如上所述，夹紧或其它方式可移动的装置28的所有模型将包含合适的参数和关系，以允许计算机程序校核合适的间隙和过盈。此外，如有可能，各模型将包含代表夹紧接触点的零件，它们可用来更容易地定位装置28。此外，计算机程序使用设计的变化表，如有可能的话，可以认识到，该表允许用户容易地替代装置28，以便回顾多个设计细节。
UDFs42用来获得设计和制造的意图，其呈可应用于新设计的一种形式。某些UDF42与设计相连，并用来自动地将夹具模型移置到选择的装置的安装几何形状，其包括攻丝孔、间隙孔和螺纹孔。其它的UDF42与制造相关，并用来自动地产生加工到夹具的安装几何形状所需要的CNC 程序。各个设计的UDF42将与一个或多个制造的UDF42相连，以便实施该设计。
例如，设计UDF42(名为“mc_11.gph”)对应于用于一特殊夹紧装置的间隙孔，并要求点钻孔，钻孔和磨削的顺序。由于在此情形中将钻孔顺序编组可以更加有效，所以，两个制造UDF42可与该设计UDF42相连。一第一制造UDF42(名为“mc_11_nc.gph”)提供一CNC程序编码段来实施点钻孔和钻所有的部位和在第一部位处磨削一间隙孔；一第二制造UDF42(名为“mc_11_2_nc.gph”)在所有其它部位处磨削间隙孔。
CNC后信息处理器46用来输出正确格式化的或其它合适的CNC程序编码，用于特殊类型的或品牌的用来加工夹具22的CNC机器，由此，允许本发明适应各种不同的CNC机器。
大图标48是图形的用户接口(GUI)，提供来提高设计和CNC程序产生过程的效率。再次参照图6，设置多个可选择的大图标48，包括一再生图标52；一组装图标54；一摆动夹紧图标56；一工件支承图标58；一最终试验器图标60；一添加部件图标62；一删除部件图标64；一非删除部件图标66；一修改放置图标68；一更新图标70；一CNC程序产生图标72；一修改CNC顺序图标74；一显示工件图标76；一工件删除图标78；一删除制造图标80；一非删除制造图标82；一显示工具运动图标84；一显示阴影的工具运动图标86；以及一后信息处理器图标88。这些图标以及计算机鼠标或指示器的电子选择，导致启动以下相应的功能


在使用和操作中，本发明的功能如下。首先，就如现有技术那样，必须形成一工件夹紧概念，以便在加工、焊接、组装或其它类似操作过程中，定位和固定工件24。然而，在本发明中，通过基于计算机的自动化，使用虚拟的部件和模拟来基本上提高这样的夹紧概念的形成。通过从大图标48中选择组装图标54，启动概念形成的过程。可电子地选择一夹具模板44，以提供一方便的开始点，由此，继续设计过程。由夹具模板44提供的缺省参数，包括支承结构材料类型、最大加工深度，以及最大载荷可按要求变化，或为当前设计所必须。例如，用户可修改这些缺省参数来适应较轻或较重的加工载荷。形成在夹具模板44内的支承结构的材料建立起初始组的加工速度和反馈，此后，它们可从缺省的“介质”设定中修改到“轻”的设定，其中，所有的速度和反馈减少25％，或修改到“重”的设定，其中，所有的速度和反馈增加25％。这些设定和其它的参数可由用户在任何时候进行改变。
再次参照图7，可显示出一显示屏90，来允许从显示的各种这样的支承结构中以电子方式选择一合适的计算机模型化或虚拟的支承结构26。该选择的支承结构26可以命名，以便于将来参考。
再次参照图8，一旦选择一支承结构26，可出现一显示屏92，来允许从显示的各种这样的装置中以电子方式选择一个或多个合适的计算机模型化或虚拟的定位或夹紧装置28。一旦选定，装置28可定位在该选择的支承结构26上，其方式足以充分地和安全地定位和固定工件24。例如，选择摆动夹紧图标56，显示一这种类型所有模型化的装置的显示屏，允许以电子方式进行选择和在特殊的摆动夹紧装置28的支承结构26上布置。同样地，选择工件支承图标58或最终试验器图标60，显示一这种类型所有模型化的装置的显示屏，允许分别以电子方式进行选择和在一工件支承装置或一最终试验器装置的支承结构26上布置。
与现有技术不同，其中，支承结构26的选择和装置28的选择和布置是非标准化的过程，其要求相当的经验和各种物理特性和参数的知识，本发明包括标准化装置模型的库40，它们方便地提供所有尺寸、安装几何形状、间隙和关于各装置28的过盈信息。因此，装置选择的合适性可立即和确定地进行测试，这样，如果必要的话，在过程中发生任何其它进展之前，可进行替代。参照图9，一旦已经检验选定的装置28，选择更新的图标70导致用指示的装置的安装几何形状来更新支承结构26(如显示屏94上所示)。
在现有技术中，一旦工件夹紧概念完成，则它必须费力地去实施。这就要求有由制图员绘出的详细的设计图纸，其中，将示出和识别各附连到支承结构26的定位和夹紧装置28。图纸还必须示出和确定各装置的紧固件、孔形或其它安装几何形状的尺寸，所有装置28的安装几何形状必须参照支承结构26上的公共的定位轴线来确定尺寸，以便于制造。
通过选择更新图标70，本发明有利地和有效地组合工件夹紧概念形成和绘制夹具图纸。由于工件夹紧概念形成是计算机化的并集成在CAD软件中，所以，可快速和有效地形成和测试工件夹紧概念，并连同同时绘制出最终概念的夹具图纸。
然后，在现有技术中，夹具的图纸必须在由一CNC程序设计员编码的CNC程序中实施，以引导和控制CNC机器32加工支承结构26，从而接受装置28和固定工件24。此外，CNC程序设计员将形成一被CNC机器使用的工具清单，以便更有效地加工支承结构26。
然而，在本发明中，选择CNC程序图标72自动地产生基于夹具模型的CNC程序。由于程序由计算机本身形成，所以，这有利地消除人力的CNC程序设计员和转移或其它编码错误的任何风险。此外，本发明将自动地将现有的制造用户定义特征(MUDF)施加到CNC程序。此外，各种支持性文件和图纸也可自动地产生，包括CNC程序所要求的工具的工具清单。CNC程序和工具清单进行优化，在需要用其它替代之前，最大程度地使用各工具。
接下来，在现有技术中，一机器操作者将准备制造支承结构26的加工操作，包括加载任何要求的工具和通过各孔形操作小心地步进，以确保各个孔形根据夹具图纸合适地制造。这是必要的，因为不管工件的实际数量如何，对每种类型夹持的工件24通常将构造仅一个唯一的支持结构26。因此，从形成工件夹紧概念、绘制夹具图纸、编程CNC程序，以及加工支持结构的每一步骤需要绝对地正确。通过工具运动的步进有助于确保这种正确性。
在本发明中，CNC编码的检验可以不需要，因为它直接由测试的工件夹紧概念造成。然而，选择显示工具运动图标84或显示阴影的工具运动图标86，导致它们对应于产生的CNC程序而显示，以观察和检验模拟的工具运动。因此，CNC程序更加容易得到检验，而不需涉及到CNC机器本身。在CNC机器远离产生CNC程序的地方定位的情形下，这一点特别有利。如果要求或必须修改CNC程序的某些部分，则选择修改CNC顺序图标74允许这样的做法。
一旦产生CNC程序，它必须格式化或其它方式适用于特殊类型的或品牌的使用的CNC机器。CNC后信息处理器46适应于该自动地选择后信息处理器图标88，该图标提供进入到一后信息处理器。
一旦支持结构26加工和完成，即可安装各种定位和夹紧装置28，此后，夹具22准备夹持工件24以备进行加工、焊接，或组装过程。
从上述描述中，应该认识到，本发明较之于现有技术提供了许多显著的优点。例如，现有技术的过程缓慢、低效和充满潜在的人为的错误，而本发明通过基本上自动地和计算机计算大量工件夹具设计和制造过程，从而有利地最大程度地提高效率，并最大程度地减少或消除错误的风险。此外，现有技术过程通常要求投入至少四个人，包括工件夹紧概念设计员、夹具图纸制图员、CNC程序设计员，以及机器操作员，而本发明有利地和有效地组合工件夹紧概念形成和绘制夹具图纸并产生机器程序，由此，去除了制图员和程序设计员，因此，最多仅需要两个人。这种显著的简化允许诸如顾客、设计和制造过程三方的参与。此外，现有技术过程经过的时间可容易地达到或超过四周(不包括纠正错误所需要的时间)，而本发明的方法有利地将经过的时间减少到几天，由此，从设计到制造所需的时间减少80％之多。
在本发明的另一实施例中，在用户选择一合适的支承结构之前，一用户可选择一工件和用来夹持工件的一个或多个夹紧装置。具体来说，用户首先选择和显示一工件，然后选择和显示夹持工件的一个或多个夹紧装置。然后，选择一其上安装夹紧装置和工件的支承结构。
本发明还可包括一工件夹紧装置模型器，其允许夹具设计员快速地和容易地决定哪一个摆动夹具最适于夹紧特殊区域内的一工件。该模型器显示所有标准的、上举的、长臂的、双臂的，以及其它传统的摆动夹具类型的“框架”或“占地面积”。模型器允许设计员容易地从一个摆动夹具类型切换到另一类型，以确定哪一个提供最佳配合。
本发明还可包括一文件应用，以帮助设计员管理由后信息处理器产生的程序。在后信息处理器执行之后，设计员负责定位、重命名和传递由后信息处理器产生的程序。文件应用可自动化该过程。在后信息处理器形成一程序之后，文件应用显示允许设计员观看和/或编辑程序、传递程序到一特殊的目录或存储器内，并观察后信息处理器的特定的文件。
尽管本发明已经参照附图中所示的优选实施例进行了描述，但应该指出的是，在不脱离如权利要求书中阐述的本发明的范围的前提下，可以使用等价物和作出替代。例如，本发明不局限于定制的工件夹具的设计和制造，但可容易地适用于许多不同的应用中，包括安装几何形状的计算机辅助加工，安装几何形状诸如孔形和用于其它装置的紧固件。
由此已经描述了本发明的优选实施例，由本专利主张为新颖的和要求被保护的内容包括如下。
权利要求
1.一设计用来夹持待加工的工件的定制的工件夹具的方法，该方法包括以下诸步骤(a)从各种虚拟的支承结构的电子显示中选择一虚拟的支承结构；(b)从各种虚拟的装置的电子显示中选择一虚拟的装置，其中，虚拟装置是一操作来定位和固定工件的实际装置的模型，该模型包括实际装置的一个或多个尺寸和安装几何形状；(c)将选择的虚拟装置定位在选择的虚拟的支承结构上；(d)将测试的虚拟装置的安装几何形状施加到虚拟的支承结构；以及(e)产生一控制程序，用来引导一计算机控制的机器，以便根据虚拟的支承结构和施加的安装几何形状来形成一实际的支承结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括一步骤根据一个或多个尺寸和安装几何形状，测试虚拟装置的合适性和虚拟装置的定位的合适性。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各种虚拟的装置包括夹紧装置、工件支承件，以及最终试验器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤(g)在虚拟环境中模拟计算机控制的机器的操作，以便检验控制程序。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤(g)格式化控制程序，以使其适用于特殊的计算机控制的机器。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，格式化的工作由后信息处理器执行。
7.一设计用来夹持待加工的工件的定制的工件夹具的方法，该方法包括以下诸步骤(a)从各种虚拟的支承结构的电子显示中选择一虚拟的支承结构；(b)从各种虚拟的装置的电子显示中选择一虚拟的装置，其中，虚拟装置是一操作来定位和固定工件的实际装置的模型，该模型包括实际装置的一个或多个尺寸和安装几何形状；(c)将选择的虚拟装置定位在选择的虚拟的支承结构上；(d)根据一个或多个尺寸和安装几何形状，测试虚拟装置的合适性和虚拟装置的定位的合适性；(e)将测试的虚拟装置的安装几何形状施加到虚拟的支承结构；(f)产生一控制程序，用来引导一计算机控制的机器，以便根据虚拟的支承结构和施加的安装几何形状来形成一实际的支承结构；(g)在虚拟环境中模拟计算机控制的机器的操作，以便检验控制程序；以及(h)格式化该控制程序，以使其适用于特殊的计算机控制的机器，其中，格式化的工作由后信息处理器执行。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，各种虚拟的装置包括夹紧装置、工件支承件，以及最终试验器。
9.一便于设计用来夹持待加工的工件的定制的工件夹具的计算机程序，其中，计算机程序储存在存储器上并由计算机装置执行，该计算机程序包括一用来显示各种虚拟的支承结构并允许一用户从中选择一虚拟的支承结构的编码段；一用来显示各种虚拟的装置、并允许用户选择一虚拟的装置的编码段，其中，各个虚拟装置是一能够定位和固定工件的实际装置的模型，而该模型包括实际装置的一个或多个尺寸和安装几何形状；一允许用户在选择的虚拟支承结构上定位选择的虚拟装置的编码段；一用来将虚拟装置的安装几何形状施加到虚拟的支承结构的编码段；以及一用来产生一控制程序、以根据虚拟的支承结构和施加的安装几何形状引导一计算机控制的机器来形成一实际的支承结构的编码段。
10.如权利要求9所述的计算机程序，其特征在于，还包括一编码段，其根据一个或多个尺寸和安装几何形状来测试虚拟装置的合适性和虚拟装置的定位的合适性。
11.如权利要求10所述的计算机程序，其特征在于，各种虚拟装置包括夹紧装置、工件支承件，以及最终试验器。
12.如权利要求10所述的计算机程序，其特征在于，还包括一编码段，其允许用户在虚拟环境中模拟计算机控制的机器的操作，以便检验控制程序。
13.如权利要求10所述的计算机程序，其特征在于，还包括一编码段，其格式化控制程序，以使其适用于特殊的计算机控制的机器。
14.如权利要求13所述的计算机程序，其特征在于，格式化的工作由后信息处理器执行。
15.一便于设计用来夹持待加工的工件的定制的工件夹具的计算机程序，其中，计算机程序储存在存储器上并由计算机装置执行，该计算机程序包括一用来显示各种虚拟的支承结构并允许一用户从中选择一虚拟的支承结构的编码段；一用来显示各种虚拟的装置并允许该用户选择一虚拟的装置的编码段，其中，各个虚拟装置是一能够定位和固定工件的实际装置的模型，而该模型包括实际装置的一个或多个尺寸和安装几何形状；一允许用户在选择的虚拟支承结构上定位选择的虚拟装置的编码段；一根据一个或多个尺寸和安装几何形状来测试虚拟装置的合适性和虚拟装置的定位的合适性的编码段一用来将测试的虚拟装置的安装几何形状施加到虚拟的支承结构的编码段；一用来产生一控制程序、以根据虚拟的支承结构和施加的安装几何形状引导一计算机控制的机器来形成一实际的支承结构的编码段；一允许用户在虚拟环境中模拟计算机控制的机器的操作、以便检验控制程序的编码段；以及一使用一后信息处理器来格式化控制程序，以使其适用于特殊的计算机控制的机器的编码段。
16.如权利要求15所述的计算机程序，其特征在于，各种虚拟装置包括夹紧装置、工件支承件，以及最终试验器。
17.一设计用来夹持待加工的工件的定制的工件夹具的方法，该方法包括以下诸步骤(a)从各种虚拟的装置的电子显示中选择一虚拟的装置，其中，该虚拟装置是一操作来定位和固定工件的实际装置的模型，该模型包括实际装置的一个或多个尺寸和安装几何形状；(b)从各种虚拟的支承结构的电子显示中选择一虚拟的支承结构；(c)将选择的虚拟装置定位在选择的虚拟的支承结构上；(d)将测试的虚拟装置的安装几何形状施加到虚拟的支承结构；以及(e)产生一控制程序，用来引导一计算机控制的机器，以便根据虚拟的支承结构和施加的安装几何形状来形成一实际的支承结构。
18.一便于设计用来夹持待加工的工件的定制的工件夹具的计算机程序，其中，该计算机程序储存在存储器上并由计算机装置执行，该计算机程序包括一用来显示各种虚拟的装置并允许一用户选择一虚拟的装置的编码段，其中，各个虚拟装置是一能够定位和固定工件的实际装置的模型，而该模型包括实际装置的一个或多个尺寸和安装几何形状；一用来显示各种虚拟的支承结构、并允许一用户从中选择一虚拟的支承结构的编码段；一允许用户在选择的虚拟支承结构上定位选择的虚拟装置的编码段；一用来将虚拟装置的安装几何形状施加到虚拟的支承结构的编码段；以及一用来产生一控制程序、以根据虚拟的支承结构和施加的安装几何形状引导一计算机控制的机器来形成一实际的支承结构的编码段。
全文摘要
一用于定制的工件夹具的基本上自动的CAD/CAM设计和制造的方法和计算机程序，所述夹具用来定位和固定工件，工件固定在夹具上实施加工、焊接或组装，其中，支承结构和定位和夹紧装置的计算机模型，包括与其相关的尺寸和安装几何形状，便于形成和测试一工件夹紧的概念、便于绘制夹具图纸，以及产生和格式化对应的控制程序，以便控制一制造工件夹具的CNC或CAM机器。
文档编号G05B19/4097GK1669044SQ03816362
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月7日 优先权日2002年7月9日
发明者R·L·克拉夫特, F·M·尼亚, S·克罗伊克 申请人:敏捷技术合伙人有限公司