柔性高效装夹技术的研究与应用

柔性高效装夹技术的研究与应用

李应时

航空工业西安飞机工业集团有限责任公司 陕西 西安 710089

摘要：由于柔性化制造系统的进一步发展，本文将中小结构件作为主要研究对象，这些结构件品种较多，为小批量混线生产。本文主要对这些中小结构件在数控加工过程中的柔性高效装夹技术的具体应用进行研究，并进一步分析了数控加工工件装夹的不足，利用柔性化设计对这些不足进行完善，根据存在的问题制定了具体的解决措施。柔性化设计的实际应用，使工件装夹准备所需时间有所缩短，相关设备的利用效率有所提升。

关键词：工件 加工技术 系统

目前，我国航空领域发展情况良好，且发展速度较快。飞机更换的次数也越来越多，更换周期逐渐缩短，很多飞机的生产由大批量生产转化为小批量生产，生产周期出现明显缩短。同时零件也从大批量生产逐渐变化为根据需求量生产。这种变化使相关生产精密小件的单位生产工作难度逐渐加大，也不便于单位的管理。柔性制造技术具有较强的灵活性，并且工作效率较高，因此该技术逐渐成为一些工程或者系统的基础。

一、系统工件加工的现状

一般来讲，大部分专业厂都会负责飞机系统相关工件的生产以及制造。这些工件又主要分为平板，支座、法兰等等。飞机系统中的一些工件和结构工件存在相似的部分。在对飞机系统工件进行设计的过程当中，会在工件上制造出一些具有一定复杂性的腔、减轻孔以及筋条，使得飞机系统工件的重量较轻。同时飞机系统工件在精度方面具有非常高的要求，因此在对工件进行加工处理时具有较大难度。不同类别的工件在结构上存在明显不同，工件的品种繁多，生产批量相对较小。当前我国飞机系统工件所使用的数控加工装夹，都是利用压板、自制工装等方式来对装夹进行固定，各种不同的夹具在工件装夹的切换中，都会耗费很多时间来完成装夹的安装以及找正，这在一定程度上降低了工作效率。另外，在装夹找正的过程中，由于是人工操作，所以很可能会出现误差，不同设备在夹具换装的过程中，对其定位的精度相对较低。该生产方式制约了生产发展，同时也不利于产品生产加工效率得到提升。

二、装夹方式应用过程中的问题 2.1专用工装多与夹具的柔性化低

飞机系统中的工件在结构方面具有一定的复杂性，产品逐渐向整体化，薄壁化以及复杂化方向发展。因此很多工件在加工的过程中要利用专业工装。另外，一般的飞机系统工件都会有比较典型的多品种以及小批量的特点，大部分工件在生产时都要定制数量较多的工装，因此在工件的生产现场会有很多专业工装。不同机型的飞机系统在工件方面也会存在类似的部分，但是由于对工装未进行较全面的规划，使得各个工件都具有专业工装，并且每个工装并不是通用的，只能用于一个工件，最终导致工装不能够较好符合工件生产出现的变化和发展。这种情况一方面导致了工件的生产成本出现大幅度的增加，很多库存以及场地被占用。另一方面，在不同机型在同一时间段批量生产时，专业工装不能满足生产要求。

2.2自制工装准备时间长

目前飞机系统中的工件大多数仍使用多品种以及小批量的混线生产方式。在生产工件时，为了满足生产计划，同一台机床必须不断更换机型以及工件加工，在更换工件时，该机床不能继续运作，需要停止运行并进行装夹准备工作。飞机大型结构件的生产工作与其他系统工件的加工存在不同，系统工件的加工大多数情况下都会使用自制工装，而飞机中的每项工件都必须使用专用工装。相关统计以及相关资料显示，在工装的整个准备工作在数控的全部工具当中占用的时间达到40%至60%。 三、柔性高效装夹工装的设计以及应用

工装夹具的柔性化一般是指工装夹具利用组合以及调整等措施，以实现符合工艺可变因素的实际能力。在工艺中可能出现变化的因素有生产批量、工件的尺寸以及形状等等。柔性化的夹具又分为很多类别，例如通用可调夹具、模块化夹具、组合夹具以及数控夹具等等。根据不同工件的不同需求，可以对夹具进行调整，也可以对个别软件进行更换，使其满足结构工件在定位以及夹紧方面的具体要求。

3.1利用零点定位系统实现快速换装

在利用成组技术的前提下，使用快速定位以及柔性装夹技术，即零点定位系统。利用该系统打造一个精密小型数控成组加工工件装夹系统，此系统具有一定的敏捷性，同时又具有柔性化的特点。该系统下的夹具接口更加标准，省去了再次校正的环节，同时也取消了找正以及工件更换时所需要的停机时间，使工件装夹后移动到工作台上的位置能够更加精准，进一步缩短了换装所需时间，提高了换装效率，使机床的停机时间大大减少。

3.2利用标准化可调节式压板装夹技术实现快速换装

机加工件中的装夹压紧方法中，较为常见的主要包括螺钉以及压板压紧，这两种方式在机加工件的加工过程中使用最多，也较为广泛。特别是在航空工件的加工过程中，一般来讲，航空工件的加工批量相对较小，航空工件的构型出现修改的情况较多，工件的生产周期相对较短。航空工件的这些特点是影响工件装夹压紧方式的重要因素，使得在航空工件一般使用螺钉压板压紧。目前在专业厂中，在对螺钉以及压板压紧单元的管理方面，存在不规范等问题。

3.3利用面向铣削加工的多工位虎钳夹持技术减少装夹次数

对于系统工件来说，其尺寸以及结构相对较小，在对系统工件进行加工时，一般会利用虎钳。虎钳的使用在一定程度上使得材料的成本有所减少，同时使得装夹的完成效率得到提升。多工位柔性虎钳与传统虎钳不同，它能够一次装夹多个毛坯。

4. 结束语

高效率的加工对于航空制造业来讲是十分重要的，同时也是航空制造业的主要发展趋势。经过本文对柔性高效装夹技术的深入研究，得出了相关结论。柔性高效装夹具体应用，大大缩短了辅助时间，同时使得工件的准备时间有所缩短，使得装夹的完成效率得到一定程度的提升，促进了相关设备的进一步高效利用。 柔性高效工装装夹技术的应用，对于航空系统中工件装夹具有重要意义。

参考文献：

[1]周寒,徐成翔,刘飞.一种复杂天然原石雕铣加工的高效装夹方法[J].现代制造工程,2018

[2]曾德标,胥军,石章虎,王强.飞机导管数字化柔性定位装夹技术探讨[J].航空制造技术,2017

[3]郭诗瑶,郝泽升,姜涛,张佳宇,窦圣杰.多品种变批量数控生产中快速装夹应用技术[J].制造技术与机床,2017