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基于夹具实例信息的定位元件方案自动匹配算法*秦国华侯源君路冬(南昌航空大学航空与机械工程学院，南昌330063)摘要:提出了一种基于夹具实例库的定位元件方案设计方法。首先，根据定位基准表面上的定位点数目，构建了定位元件方案的工艺信息匹配度。其次，根据工件自身的几何拓扑关系，提出了工件的面、线、点3个层次的几何信 息匹配矩阵，构造了工件的适应度及其相应的权重。再次，结合定位元件方案的工艺信息，建立了定位元件方案的 决策匹配函数。最后，利用典型实例说明定位元件方案自动匹配算法的详细应用过程。关键词:计算机辅助夹具设计定位点方案定位元件方案节点深度匹配中图分类号:TG75文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)02-0308-06引言机械制造过程中，加工、检验、焊接、装配和生产线运送工件等，都需要采用各式各样的夹具。机床夹具是机床和刀具获得工件切削加工精度的基本保证，只有合理地应用夹具，正确地定位工件，工件才能获得设计所要求的尺寸、形状以及各表面间的相 对位置。合理、准确的工件方位是通过定位点布局方案和定位元件结构方案来实现的。定位点布局方案主要考虑定位基准的选择与定位点数目的确定， 而定位元件方案则侧重定位元件的结构、尺寸与位置。Asada等［1－2］利用运动学方法分析了“3-2-1”定 位方案的完全定位、可达性与可离性、总体约束等问题，但没有进一步讨论定位点布局方案的设计问题。 Wu等［3］根据表面特征、有效面积等因素确定主要 定位基准后，利用相似性原理有哪些信誉好的足球投注网站与主要定位基准相同的定位点布局方案。Peng等［4］则利用规则推理的方法确定定位基准和定位点布局方案。针对孔系组合夹具的“3-2-1”定位方案，Wu等［5］提出了确定工件侧面3个定位点位置的连杆机构原理，该方法仅适用于由直线和圆弧组成的定位边界。 Trappey等［6］则提出了确定工件底面3个定位点位置的工件轮廓几何投影法。秦国华等［7－8］建立了描述加工要求与理论自由度关系的自由度模型、以及描述定位点方案与和实际自由度关系的定位模型， 提出了理论自由度为实际自由度子集的理论条件、 定位雅可比矩阵的秩等于定位点数目的工艺条件为 定位正确性的判定准则，构建了以定位准确性为核心的“生成式”定位点布局方案设计算法。刘永喜等［9］提出了基于成组技术的夹具快速配置思想。 Vukelic等［10］根据工件的几何和工艺等信息，提出了基于规则的夹具元件选择方法。张胜文等［11］根 据焊接管件之间存在相似性的特点，提出了基于范例推理的管件焊接夹具设计方法。吴玉光［12］归纳了工序要求与应约束自由度、定位基准与能约束自 由度之间的运算规则，根据定位基准约束自由度任 务冲突的判断方法建立了定位点布局规则。然而， 零件几何结构多种多样，加工工艺过程繁琐复杂，要 充分构建好夹具设计中的检索方法或规则是不可能的［13－14］，而且也没有与工件的加工要求联系起来。本文结合定位点方案“生成式”的设计算法，提 出定位元件方案的决策方法。首先根据工件的定位 点方案，建立夹具实例库中定位元件方案的工艺匹配度;然后，基于工件定位基准及其编号结构，构造工件的判断规则映射矩阵，通过归一化处理方法定 义工件几何关联度;最后，根据工艺匹配度与几何关 联度确定定位基准决策函数，作为定位元件方案的 自动检索依据。1定位信息匹配因子夹具定位元件方案的作用旨在限制工件的自由 度，以便在加工过程获得所需的加工精度要求。夹 具设计中，定位元件方案的确定是基于对工件几何结构与定位要求的综合分析。如图1所示，定位基准的几何信息均为圆柱面。 但从定位角度考虑，一个是外圆表面，另一个为内孔收稿日期:2012-12-13修回日期:2013-01-25*国家自然科学基金资助项目、航空科学基金资助项目(2010ZE56014)和江西省科技支撑计划重点资助项目(2010BGB00300)作者简介:秦国华，教授，博士，主要从事工件装夹优化、加工过程数学建模与仿真和制造业信息化技术研究，E-mail:qghwzx@126．com表面，定位元件方案是不一样的。当然，加工要求相同，但定位基准表面不同，则要求限制的自由度不一 样，从而导致所要求的定位点数目也不一样，即定位点方案不一样，如图2所示。显然，定位点方案不一样，则定位元件方案也是不一样的。因此，定位元件方案的设计应从定位点方案与定位基准两个方面的相似性入手。图1相同的几何信息Fig．1Samegeometricalinformation(a)V形块定位(b)定位销定位图2相同的加工信息Fig．2Samemachininginformation(a)限制5个自由度(b)限制4个自由度工件是通过一定的装配约束(主要包括匹配、 对齐、角度、同轴、距离、平行、垂直、和相切等类