面向航天设备的计算机辅助夹具设计方法及系统与流程

1.本发明涉及计算机辅助设计和制造技术领域，特别是一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计方法及系统。


背景技术：

2.在航天装备领域，大量的非标零件和异形构件需要进行机械加工，而在加工过程中需要工装夹具来保证相对运动的准确性，进而获得较高的加工精度和加工效率。随着世界大市场、大竞争环境的形成，航天企业对航天装备机床夹具快速设计效率需要提升，现阶段企业中机床夹具设计过程复杂、工作量大。
3.目前对机床夹具的设计仍采用传统的夹具设计方法，由夹具设计人员确定夹具设计方案和夹具结构，现有的计算机辅助夹具设计系统多在于满足机床组合夹具标准件的快速设计，整个设计过程离不开经验丰富的夹具设计人员，由于人力、物力资源有限，且对非标准件无法满足快速设计，造成企业设计、制造效率低，如何实现面向航天装备的机床夹具快速设计成为航天企业亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计方法及系统。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计方法，包括：
6.根据机床夹具的夹具设计知识，设计知识检索模块；
7.根据所述机床夹具对应的夹具实例模型，设计夹具实例检索模块；
8.根据所述机床夹具的夹具结构，设计夹具元件快速设计模块；
9.对所述机床夹具的夹具结构和夹具设计流程进行封装，生成夹具流程化设计模块。
10.所述知识检索模块，用于根据机床夹具设计知识特点进行分析，建立层次化夹具设计知识库；对设计知识文档资源进行优化整理，建立关键词扩展模型；对于封装后的夹具设计知识，实现以关键词为基准的夹具设计知识检索。
11.所述夹具实例检索模块，用于将实例信息按照夹具设计特点进行分类，建立夹具实例信息表示方法；确定实例检索规则，采集实例索引编码利用实例检索算法进行实例相似度计算相似系数，并判断相似系数是否在允许阈值内；如果在允许阈值内，则输出相似度前三的夹具实例模型；如果不在允许阈值内，则输出相似度最高的实例模型。
12.所述夹具元件快速设计模块，用于对夹具结构模块进行划分；对标准件进行参数化建模，将参数化模型添加到装配模块；对非标准件进行全参数化建模，创建用户界面，调用非标准件全参数化。
13.一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计系统，包括：
14.面向航天装备的知识检索子系统，用于多种数据库查询、三维建模软件接口、多种文档格式查询显示；
15.夹具实例检索子系统，用于对夹具实例信息的采集，同时将夹具实例信息成组编码，对编码信息建立夹具实例检索模型，根据最近相邻算法和权重因子计算相似系数，按照设定阈值输出夹具实例检索结果；
16.夹具元件快速设计子系统，用于采用不同方法构建参数化模型，以被装配模块调用；
17.夹具流程化设计子系统，用于将设计流程模块与夹具结构模块相结合开发新模块。
18.本发明与现有技术相比的优点在于：
19.本发明实施例能够解决机床夹具数据知识管理混乱，设计知识和设计经验重用度低，实现夹具设计知识快速检索，夹具规划及结构设计高效化，夹具元件参数化。并且操作简单，能够表达设计人员检索意图，实现面向航天装备的机床夹具快速设计。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计方法的步骤流程图；
21.图2为本发明实施例提供的一种面向航天装备的计算机辅助夹具设计系统的基本架构的示意图；
22.图3为本发明实施例提供的一种面向航天装备的计算机辅助夹具设计系统工作流程的示意图；
23.图4为本发明实施例提供的一种夹具实例算法检索模型的示意图；
24.图5为本发明实施例提供的一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计系统的结构示意图。
具体实施方式
25.实施例一
26.参照图1，示出了本发明实施例提供的一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计方法的步骤流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
27.步骤101：根据机床夹具的夹具设计知识，设计知识检索模块；
28.步骤102：根据所述机床夹具对应的夹具实例模型，设计夹具实例检索模块；
29.步骤103：根据所述机床夹具的夹具结构，设计夹具元件快速设计模块；
30.步骤104：对所述机床夹具的夹具结构和夹具设计流程进行封装，生成夹具流程化设计模块。
31.如图2～4所示，在本实施例中，知识检索模块具体实现以下功能：
32.(1.1)首先对机床夹具设计知识特点进行分析，确定不同夹具设计知识之间的类别关系，建立层次化夹具设计知识库，类别包括夹具设计方案库、夹具设计规则库、夹具设计数据库以及参考文献库；
33.(1.2)对设计知识文档资源进行优化整理，包括关键词提取、归并与合并，建立关
键词扩展模型，包括前缀和后缀关键词扩展检索，将文档资源按照(1.1)中分类建立数据库，将文档、关键词及关键词扩展写入；
34.(1.3)对于封装后的夹具设计知识，实现以关键词为基准的夹具设计知识检索，包括建立数据库与运行平台链接，实现用户界面用户输入与设计知识数据回调，关键词与关键词扩展调用对应关系，设计结果显示，得到检索结果逻辑关系显示，设计知识文档调用。
35.在本示例中，可以对设计开发的用户界面、检索项目、检索程序进行集成，将其封装为设计知识检索模块。
36.夹具实例检索模块用于实现以下功能：
37.(2.1)将实例信息按照夹具设计特点进行分类，建立夹具实例信息表示方法，将特点分类归化为成组分类，建立夹具实例索引编码；
38.(2.2)确定实例检索规则，采集实例索引编码利用实例检索算法进行实例相似度计算相似系数s，并判断相似系数是否在允许阈值内；
39.(2.3)如果在允许阈值内，则输出相似度前三的夹具实例模型；如果不在允许阈值内，则输出相似度最高的实例模型；
40.在本示例中，对设计开发的用户界面、检索项目、检索程序进行集成，将其封装为夹具实例检索模块。
41.步骤(3)、夹具元件快速设计模块具体实现以下功能：
42.(3.1)夹具结构模块划分，包括基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件和紧固件，建立相应用户界面；
43.(3.2)对标准件进行参数化建模，将参数化模型添加到装配模块；
44.(3.3)对非标准件进行全参数化建模，创建用户界面，调用非标准件全参数化。
45.步骤(4)、夹具流程化设计模块，该模块将夹具设计流程模块和夹具结构模块结合进行夹具设计，形成夹具拼装设计、夹具改进设计和夹具获得设计三模块，用于指导不同类型夹具设计全过程设计装配及系统构建。
46.其中，所述步骤(1)的设计知识检索模块的知识库为可配置知识库，按知识数据类别进行存储，并结合标准发布和数据更新进行实时维护；对关键词的扩展模型排序可安装关键词、前缀关键词、后缀关键词对检索结果进行排序，并在文档后显示所属数据库。
47.其中，夹具实例检索模块的成组分类包括工件信息、工序信息和特征信息，工序信息包括工件类型、工件尺寸、工件材料和工件批量；工序信息包括机床类型、主轴类型、加工部位、加工精度和进给方式；特征信息包括定位方式、主定位面、定位件、夹紧方式和夹紧件。其中实例检索模型，相似系数s的计算过程如下：
48.两夹具之间的相似系数由下式定义：
[0049][0050]
式中i，j——两套相似比较的夹具编号；
[0051]
n——装夹特征编号，它表示一组具有某种共性的特征组合；
[0052]wηn
——夹具i与夹具j之间对同一特征编号n上的权重平均相似系数；
[0053]wfn
——特征编号n的权重因素。
[0054]
关键因素系数k
η
定义如下：
[0055][0056]
权重平均相似系数可被定义为：
[0057][0058]
式中a
ink
——夹具i对特征编号n在k项上的编码值；
[0059]ajnk
——夹具j对特征编号n在k项上的编码值；
[0060]rnk
——k项在特征编号n中的范围；
[0061]wfnk
——特征编号n在k项上所赋予的权重因素。
[0062]
因子1-|a
ink-a
jnk
|/r
nk
表示为在夹具i与j之间对特征编号n的k项上的相似系数。w
fnk
与1-|a
ink-a
jnk
|/r
nk
的乘积是夹具i，j对特征编号n的k项上相似性的权重。
[0063]
当a
ink
与a
jnk
是不可比较的，权重平均相似系数可定义为：
[0064][0065]
式中f
ijnk
——特征k的相似系数；
[0066][0067]kn
——夹具在特征编号n上的项目数。
[0068]
对全部特征的乘积综合得出两套夹具之间的相似系数。所以两套夹具的相似性可由上式1计算。
[0069]
因为在夹具设计中，某些特征比其它特征更加重要，将不同的权重因子赋与，这些相似特征。权重因子正好反映了这些差别。权重值可由夹具设计分析和设计人员的经验来决定。
[0070]
上述工件信息中，包括工件类型、工件尺寸、工件批量、工件材料四项。
[0071]
式2可写为：
[0072][0073]
工序信息中权值平均相似系数为：
[0074][0075]
特征信息中权值平均相似系数为：
[0076][0077]
因为要考虑3个相似特征，所以式1可改为：
[0078][0079]
其中，夹具元件快速设计子系统中标准件参数化建模采用部件族命令创建，非标
准件参数化建模采用知识融合(kf)技术创建。
[0080]
其中，夹具流程化设计模块的夹具拼装设计指采用不同组合夹具元件或模块进行组合形成新的夹具，夹具改进设计指对组合夹具某一元件进行更换，夹具获得设计指利用计算机辅助夹具设计系统的元件设计模块，选择合适的元件进行装配。
[0081]
设计知识检索子模块的知识库为可配置知识库，按知识数据类别进行存储，数据库采用sql server数据管理平台创建，并结合标准发布和数据更新进行实时维护；对关键词的扩展模型排序可安装关键词、前缀关键词、后缀关键词对检索结果进行排序，并在文档后显示所属数据库，关键词扩展关系见表1；检索结果回调函数对不同数据库文档格式进行识别，拥有独立文档打开方式。
[0082]
表1：
[0083]
关键词定位前缀关键词六点定位前缀关键词一面两孔定位前缀关键词孔定位后缀关键词定位元件后缀关键词定位方式后缀关键词定位误差
[0084]
夹具实例检索模块的成组分类包括对夹具设计信息的宏观整合，不仅包括夹具本身的特征信息，还包括决定夹具设计的工件信息和工序信息，工序信息包括工件类型、工件尺寸、工件材料和工件批量；工序信息包括机床类型、主轴类型、加工部位、加工精度和进给方式；特征信息包括定位方式、主定位面、定位件、夹紧方式和夹紧件，如下表2所示。
[0085]
表2：
[0086]
[0087][0088]
夹具元件快速设计子系统中标准件参数化建模采用部件族命令创建，应用于ug装配，在部件添加时显示国标尺寸，并根据不同尺寸进行调用，标准件存贮于excel表中，如表3所示；非标准件参数化建模采用知识融合(kf)技术创建，应用知识融合技术建立尺寸模型，设置初始化和更新程序，进行全参数化调用。
[0089]
表3：
[0090]
[0091][0092]
夹具流程化设计子系统的夹具拼装设计指采用不同组合夹具元件或模块进行组合形成新的夹具，夹具改进设计指对组合夹具某一元件进行更换，夹具获得设计指利用计算机辅助夹具设计系统的元件设计模块，选择合适的元件进行装配，结合设计流程提出的三种夹具流程化设计模块完全覆盖了机床夹具设计过程。
[0093]
实施例二
[0094]
参照图5，示出了本发明实施例提供的一种面向航天设备的计算机辅助夹具设计系统的示意图，如图5所示，该系统可以包括：
[0095]
面向航天装备的知识检索子系统510，用于多种数据库查询、三维建模软件接口、多种文档格式查询显示；
[0096]
夹具实例检索子系统520，用于对夹具实例信息的采集，同时将夹具实例信息成组编码，对编码信息建立夹具实例检索模型，根据最近相邻算法和权重因子计算相似系数，按照设定阈值输出夹具实例检索结果；
[0097]
夹具元件快速设计子系统530，用于采用不同方法构建参数化模型，以被装配模块调用；
[0098]
夹具流程化设计子系统540，用于将设计流程模块与夹具结构模块相结合开发新模块。
[0099]
在本示例中，面向航天装备的知识检索子系统包含多种夹具设计知识数据库、知识检索工具以及知识检索交互界面，支持多种数据库查询、三维建模软件接口、多种文档格式查询显示；
[0100]
夹具实例检索子系统通过数据库将夹具实例物理实体信息转化为虚拟模型，实现对夹具实例信息的采集，同时将夹具实例信息成组编码，对编码信息建立夹具实例检索模型，根据最近相邻算法和权重因子计算相似系数，按照设定阈值输出夹具实例检索结果，查询结果包括夹具元件、装配体和设计思路，由助于构建全新夹具设计模型；
[0101]
夹具元件快速设计子系统根据夹具元件特点分为标准件和非标准件，采用不同方法构建参数化模型，标准件参数化建模能够被装配模块调用，非标准件参数化建模模块和装配模块均可调用，并预留后续零件添加接口。
[0102]
夹具流程化设计子系统是将设计流程模块与夹具结构模块相结合开发出的新模块，提供了三种夹具设计方式，包括夹具拼装设计、夹具改进设计和夹具获得设计，夹具拼装设计指采用不同组合夹具元件或模块进行组合形成新的夹具，夹具改进设计指对组合夹具某一元件进行更换，夹具获得设计指利用计算机辅助夹具设计系统的元件设计模块，选择合适的元件进行装配，同时，夹具流程化设计子系统使整个夹具设计过程更加流程化，规范化。
[0103]
本发明实施例提供的系统能够解决机床夹具数据知识管理混乱，设计知识和设计经验重用度低，实现夹具设计知识快速检索，夹具规划及结构设计高效化，夹具元件参数
化。并且操作简单，能够表达设计人员检索意图，实现面向航天装备的机床夹具快速设计。
[0104]
本技术所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本技术，但不以任何方式限制本技术。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本技术进行修改或者等同替换；而一切不脱离本技术的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本技术专利的保护范围中。
[0105]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。