柔性夹持工装系统在钣金蒙皮制造中的应用

柔性夹持工装系统在钣金蒙皮制造中的应用

王飞

（沈阳飞机工业（集团）有限公司 有色金属制造厂 邮编： 110034）

摘要：介绍了蒙皮加工中正在普及的柔性夹持工装新技术，介绍柔夹的结构原理，以现场典型蒙皮产品阐述了柔性夹具的规格定义方法。对比分析固定工装与柔性夹持工装各自的优、缺点；介绍蒙皮零件利用柔性夹持工装的加工过程；分析讨论使用柔性夹持系统的技术效益与经济效益。

关键词：柔性，蒙皮，效益， 快速试制

1 引言

柔性制造技术是国内外航空企业正在探索的一种新型蒙皮制造方法，在西方先进航空制造企业，数字化制造、柔性化工装技术发展迅速。目前，波音、空客等飞机制造公司及其供应商采用比较先进的蒙皮加工方式是：数字设计与模拟——柔性多点拉伸成型——柔性夹持铣切——数控测量（如图1模型所示）。在国内航空领域，蒙皮的柔性制造技术应用还不是很成熟，很广泛。我们在复材的加工方面引入了一套柔性加持与铣切系统。积累了部分经验，但在金属蒙皮制造方面我们的柔性制造技术目前仍然只是处于探索阶段。距离系统化、批量化应用还很很长的路要走。

数字设计 成型模拟 多点拉伸成型 柔性夹持 数控铣切 数控测量

图1蒙皮柔性制造系统

2 柔性铣切夹具工作原理与优点

柔性工装夹具是一套能自动夹紧及支撑各种平板或曲面工件的系统。工件根据特定形状平铺在一个布满垂直致动柱的几何基座上。每个垂直致动柱的顶端配有一个半球形真空杯吸盘，吸盘在致动柱顶端可多角度自由转动，用来自动适应工件外形，并通过真空系统吸附紧固工件。通过数控程序，支撑着垂直致动柱的横梁模块可在不同的横向位置上移动定位，同时垂直致动柱本身也可以沿横梁移动，并且高度可调，自锁固定装夹，以取得正确形状。

固定工装在制造业中大量应用，现有固定工装存在品种多，数量大，协调关系复杂，生产准备周期长，精度质量差等重大瓶颈问题，严重影响了制造周期及其产品的质量。随着数字化技术在飞机制造过程中应用越来越广泛，柔性工装技术得到了广泛发展。柔性工装可以克服固定工装的缺点，大幅度提高零件生产效率，缩短新机研制周期。

3 典型蒙皮加工方案与使用柔性夹具的必要性

典型蒙皮加工方案：拉伸成型→化学铣切→手工切割外形与钻孔→喷漆交付。

近年来，客户对蒙皮质量要求逐年提高，如C系列飞机某蒙皮零件外廓尺寸为δ3.175×7230×2200mm,客户要求边缘公差为±0.5mm，定位孔的位置公差为±0.24mm。按照传统的手工切割无法到达此精度要求。随着数字化制造技术越来越多的在航空生产领域的应用，使得蒙皮的无余量精准制造成为可能。国外飞机制造公司以及国内的西飞、成飞等各主机厂也都引进应用了数控铣切蒙皮技术。在这一铣切过程中，蒙皮切割柔性夹持系统的应用成为一种趋势，主要是因为应用柔性夹持系统不但可以节省大量的钢性工装，而且可以提高蒙皮的加工效率，降低工人劳动强度，改善现场生产环境。所以柔性夹具在蒙皮铣切中的应用是十分必要的。

4.零件的加工过程

⑴利用柔性夹持系统自带的编程软件，按照零件外形布置致动柱位置，生成程序并转化为系统识别的格式。

⑵调形。按照程序，柔性夹具控制系统驱动横梁在X方向移动，致动柱在Y方向移动和Z方向升降。按照蒙皮定位孔位置，调整定位器位置。

⑶定位。定位器的位置也是按照程序控制定位的。按照计算出的角度手工旋转定位器的摆动体和旋转体直到定位面和蒙皮相切。然后，固定夹紧定位器。

⑷将蒙皮放在工装上，对正定位孔，插入销钉螺丝，紧固。

⑸吸盘吸附工件。给蒙皮适当的压力使吸盘吸附蒙皮达到最佳状态。通过控制软件查看是否所有吸盘都达到最佳吸附状态。

⑹铣切钻孔。在切割之前，数控铣床应先空走铣刀轨迹，观察加工轨迹是否和程序要求一致，吸盘是否和刀具轨迹干涉。

⑺铣切后，吸盘与蒙皮间转化为正压即吹风状态，拿下蒙皮工件，取下毛边，清理铝屑，机床与柔性夹具复位。

5.技术与经济效益分析

5.1技术效益

随着市场竞争环境的变化，民机研制生产必须提高效率，加快周期。在按照传统的加工方式生产，难以满足快速试制的要求。民机研制为了缩短周期，快速生产，获取更多订单。也提出了并行工程的研制管理方法。柔性铣切夹持系统，省去了传统的硬工装生产环节，极大的缩短了零件生产周期，无疑为军民机的快速试制提供了强有力的技术保障。

另外，随着数字化生产方式的全面应用，在蒙皮铣切领域我们也必须向国际上先进的飞机制造厂商学习，改革我们早期的铣切与夹持方式。提高我们的产品加工质量。柔性夹具代表国际上前沿的工件夹持铣切方式。使用柔性夹具夹持零件，节省了零件铣切中运输，吊装、更换夹具的工序，降低了工人的劳动量。降低了零件的生产准备时间，提高加工效率。

5.2经济效益

按照目前的技术现状以及日趋严格的蒙皮加工质量，预计未来每年新增及转化的需要五坐标机床铣切的蒙皮由大约50项。50项零件全部制做刚性铣切托架，需要的费用是：50*8 =400万。每年加工零件的电费260*16*100X0.84=34.93万元（每年有效工作时间是260天。设备的功率是100KW，工业用电价是0.84/ KW元）。人工费与设备折旧维护费每年60万。设备投资1200万。1200/（400-34.93-60）=4，利用4年的时间即可收回设备的投资成本。

6.结论

通过柔性夹具的应用，将及大减少蒙皮制造中钢性模具的数量，降低模具制造成本，提高蒙皮铣切效率和质量，为数字化应用水平的提高起到了推动作用。无论从技术效益或者经济效益分析都是很值得推广的技术。按照目前公司科研任务多，蒙皮类型多，批产产量少，需求周期短等特点。引进柔性铣切夹持系统非常适合我们的产品加工要求。

参 考 资 料

[1] 苏春 数字化设计与制造[M]. 机械工业出版社 2005

[2] 范玉青．航空宇航制造工程飞行器制造技术[M]. 重庆：重庆出版社，2000．

[3] 务俊杰 李薇 柔性装夹系统应用研究[J]. 航空制造技术 2009, 24期 53-57