数字化技术在组合夹具生产中的应用

数字化技术在组合夹具生产中的应用

袁等春

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116021

摘要：数字化制造是对产品信息、工艺、资源信息进行分析、规划与重组，以此实现对产品设计与功能的仿真。数字化制造是根据虚拟制造的原理，通过提供虚拟产品开发环境，再利用计算机技术与网络技术，完成产品的设计、制造、装配、质量控制与检测等全生命周期各阶段的功能，以此缩短产品上市时间，优化设计、降低成本，提高生产效率。

关键词：数字化技术；组合夹具；生产中应用

以往传统机械加工机械生产以流程为核心，不同加工流程在不同的设备上运行，流程之间区分明确。但在市场经济的新形势与新技术的冲击下，复合加工能力的加工中心逐渐取代功能单一的传统设备，只有高速化、复合化、自动化、数字化的机械加工才是未来加工行业的发展趋势。我国数字化制造技术正处于快速发展阶段，国内大型数字化工程处于规划建设阶段，数字化制造中，通过建模与仿真技术模拟制造、生产、装配过程，设计人员可在计算机内制造出产品模型，通过揭示制造工艺过程的本质，获得致使及制造工艺自主设计与优化控制的能力。数字化制造需要四个要素，即数字化生产设备、数字化产品数据、网络化工作环境与智能化管理软件。

1. 组合夹具

1. 定义

组合夹具是工艺装备的一部分，是由一系列标准化、模块化元件，按照产品加工要求组装出的夹具，可以理解成高度标准化的专用夹具，但由于其元件可以循环应用，夹具能够实现快速组装、调整，因此能够缩短大部分夹具生产筑周期，并节省大量原料，被广泛应用在国内各航空企业中。组合夹具属于一种专业夹具，从结构特点上讲，组合夹具属于可循环利用并具有高精度、高强度的标准化元件组装成的易连接与拆卸的夹具。目前将组合夹具与专用夹具分开，主要根据夹具的设计制造过程，专用夹具需要工装制造厂根据设计图制造专业元件，组合夹具是直接选用通用元器件^[1]。

2. 传统组合夹具的生产过程

当前我国各行业组合夹具的生产过程很传统，具体体现在：使用单位根据工序要求，提出组合夹具申请，夹具组装部分按工序件组装夹具，此方式具有一定弊端，不仅是工序间的等待时间过长，产品加工不能连续进行。工人设计组装夹具时，主要依据工序间，无工序件很难组装夹具，以此造成夹具组装部门生产计划被动，生产过程不均衡。对于复杂产品，夹具设计、计算、组装都更加繁琐。

3. 现代组合夹具的发展趋势

随着计算机技术的成熟，将数字化设计技术应用在组合夹具中，才能发挥其最大功能。由于产品设计的上游数据采用三维数据集的形式传输，产品的更多数据信息只能通过数学模型才能读取，因此，传统按图纸、工艺规程设计、工序件组装夹具逐渐受限制。从工艺方面来讲，工艺装备的数字化设计已经是成熟技术，但与组合夹具结合后，未能更好地普及，组合夹具设计模块的开发，为实现组合夹具的设计与模拟组装提供了基础，未来的组合夹具是完全标准的化的工艺装备，其设计与目前的工装设计过程一致，实现了数字化设计与信息化管理。

2. 组合夹具生产中引入数字化技术的必要性

将数字化技术引入组合夹具生产中能够实现多种功能，即消除工序等待，减小夹具组装对工序件的依赖性，实现按产品数模进行夹具的模拟组装，按三维数据集提取产品数据，以此缩短夹具供应周期，消除工序等待周期；以往工作中，有的零件需要进行空间角度计算，通常组装工人利用复杂的角度关系、繁琐的公式来计算空间角度，计算十分繁琐，并且无法准确确定角度数值，给测量检验带来一定难度。如果遇到双重空间校对，大部分组装工很难计算出准确的角度数值，并需要耗费大量的计算时间，不仅影响生产进度，还降低了工作效率。引入数字化技术后，所有计算过程转化为计算机测量，通过模拟组装、计算机测量，以提高夹具的准确性，避免出现失误^[2]。

在实际工作中，组装工对夹具设计考虑不够周全，经常出现阻碍切削、钻削行程等问题。利用加工状态模拟演示，能够演示出刀具走的轨迹，如果有阻碍部位，会自动做出提示，因此，需要严格控制此类问题。按照以往的方式，夹具的结构只能通过照片及纸介质形式保存，夹具的元件信息与数据信息无法实现同步保留，导致不同批次或不同人员组装出的夹具结构不一致。并且元件管理也较为困难，此过程都能够在计算机上进行，将元件、工艺信息存入数据库内保存，在夹具重复组装时，通过元件配送，保证夹具结构完全一致，从而确保夹具的质量，又提高了工作效率。

1. 工作流程改进

随着时代的发展，传统的工作模式已经无法适应当前时代潮流，并且不能满足目前生产结构的形态。因此，需要寻求新的工作流程模式以改变传统模式。如果按照以往的工作模式，需要在零件加工时组装夹具，设计组装时还面临许多技术协调问题。在此项目上改变了原有的工作流程方式，利用三维设计系统在零件加工前设计完需要的组合夹具。传统工作流程将大量的工作任务集中在内部，不仅增加了工作量，并且按部就班的依次进行，停滞一项都会无法进行，还会出现一系列连带效应。改进后的工作流程不仅缓解了内部工作的压力，还能够在一定程度消除技术问题带来的工序等待，坚持早发现、早解决的原则。

2. 价值流分析

该项目运用价值流分析手段进行统计，主要过程为跟踪产品设计、组装与使用，对其中每个环节所发生的时间加以累计，并对传统与现在的两种生产方式分别计算，进而得出：引入数字化技术以后，夹具的供应周期得到大幅度的缩短，机床设备与人员等待时间也缩短了，而且还提高了机床加工的效率^[3]。

结束语：

综上所述，将数字化设计技术引入组合夹具专业中，是对本专业技术方式、手段一次重大变革，能够满足当前企业拓宽组合夹具应用范围的需求，实现节能降耗。只有先进技术得到实际应用，才能有良好的发展前景。并且，在此期间，普及数字化、信息化技术，是培养符合性专业人才的有效途径，因此，根据目前形势来看，不仅要求专业人才具备专业技术能力，还要对其素质有所要求，定期举办培训活动，对一线全体员工进行拓展式技能培训，通过双向培育，促使员工全方位发展，数字化技术能够与传统组合夹具专业很好的结合，从而促进未来柔性工艺的发展。

参考文献：

1. 胡文泉, 徐英斌. 高精度零件制造中对组合夹具的应用探究[J]. 决策探索(中), 2019, (10):62-62.

2. 梅鸿沿. 机床夹具制造中组合加工法的应用[J]. 湖南农机, 2019, 046(004):49-50.

3. 陈瑞珠. 数字化技术在模具制造中的应用[J]. 探索科学, 2019(1):59,62.