柔性工裝的結構設計與應用研究

周華鋒 張娟 秦秀秀 姚紅梅

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

我們提到的柔性工裝結構設計從實用角度看包含三方面內容：一是工裝元件能夠靈活重組，元件、組件、合件能夠重復分解和有機拼裝，實際應用中實現預定的功能，重組后實現特定結構的柔性化；二是柔性工裝的結構設計，這里引進模塊化設計理念，需要預先建立數據庫包括標準建庫、模塊元件庫、單元模塊庫，利用設計軟件根據實際用途靈活快速組裝設計，完成柔性工裝的圖紙預設計，可以在產品本工序未加工前實現工裝按計劃組裝；三是工裝在設備之間的換裝，要實現柔性快速換裝，這就要求在設備上增加快換接口，達到同一工裝能夠快速在不同設備之間換裝，不同工裝在同一設備上實現快換，以達到換裝的柔性化，這就需要進一步研究被加工零件與工裝之間快速定位夾緊與換裝。

2 柔性工裝的結構設計研究

2.1 柔性工裝結構設計的概念

我們提到的柔性工裝結構是由標準件、基礎件、合件、功能組件、單元模塊等按照特定功能拼裝而成，能夠滿足工藝要求，并能快速拆分重組的工裝結構。要求元件具有很好的互換性和較高的精度及耐磨性，可以根據機床工作臺的尺寸和不同零件的加工要求，選用所需要的元件、功能組件組裝成各種工裝結構，組裝靈活方便，適應范圍廣。

2.2 柔性工裝結構設計方法

近年來，高科技的普及和專業軟件的開發，虛擬裝配的應用，為柔性工裝結構設計、數據管理提供優越的條件。為此我們研究柔性工裝結構設計。從2005年開始我們應用在UG平臺上開發的組合工裝結構設計kbe系統（西安易博開發）。它以UG系統為平臺并與UG實現無縫集成。既可由用戶選擇系統提供的標準件、組件來進行虛擬裝配，也可用系統提供的知識庫（kbe）功能進行智能化選擇標準件和組件進行虛擬裝配（采用保定向陽廠生產的槽系中系列組合夾具元件）。

3 柔性工裝的模塊化結構設計研究與探索

近年來，我們研究模塊化設計，把組合工裝結構設計思路用于專用工裝結構設計，以提高設計速度和準確性，為以后的工裝專業化設計、制造打好基礎。因此，我們同樣需要建立模塊庫，作為模塊化設計的基礎。

如何建立模塊庫，建成一個什么樣子，什么樣的要素可以作為模塊，需要我們認真研究。

研究表明，在工裝典型結構中，能夠實現特定功能，并且應用過程中拓撲結構相對固定的組合或單元體稱為模塊。我們需要篩選不同種類工裝結構，找出常用的典型結構，進一步拆分單元體，按照模塊定義找出能夠稱為模塊的部分，經專家論證后作為模塊結構。將這些模塊歸類、參數化建模，并制定模塊分類和命名原則，按照工裝專業建庫，將參數化模塊模型分類入庫，添加屬性和預覽圖。

工裝模塊化程度提高，亦給工裝制造帶來方便，如果工裝制造部門預先準備部分模塊元件，工裝制造時，如果直接能夠應用的省去制造時間，能夠實現快速反應，節省成本。

4 工裝與設備的柔性快速換裝

研究柔性工裝的結構設計方法，我們采用了基于UG平臺的kbe設計工具及基于UG的工裝模塊化設計系統，組合工裝結構制造采用標準件、元件、組件實現結構拼裝；模塊化工裝制造，是在模塊元件、單元模塊實現高度系列化、標準化、通用化的前提下，已經儲備足夠數量的庫存情況下采用標準件、模塊元件、單元模塊進行拼裝；工裝的結構設計與制造實現快捷方便，我們進一步需要研究工裝實際應用過程中與設備的快速換裝問題。

對于工裝與設備的柔性快速換裝，我們需要在設備平臺上設置快換接口，經研究試驗，2005年到2008年間我們引進瑞典的system3R“零點定位系統”。

換裝的思路是，將基準平臺安裝在設備工作臺面上，拉直其中兩定位孔，將其固定在設備工作臺上作為設備附加工作臺，找正基準孔位置并存儲其位置坐標值，找正基準平臺頂面高度坐標并存儲，利用基準平臺上開設的100±0.005mm的矩陣孔，使基準平臺上任何一定位孔坐標已知；在工裝底座上對應位置僅需加工對應兩孔，每次將工裝安裝在基準平臺對應位置上，通過計算就能很快知道工裝按安裝的具體位置，不用打表找正，方便快捷，重復定位精度高。

對于組合夾具基礎板要求定制兩個或多個定位孔，以滿足工裝快速換裝。

5 柔性工裝實際應用

結合本集團公司生產特點，我們將研究的柔性工裝結構設計與制造應用與新機研制，并結合當前技術領域推行的工藝工裝一體化進程，推廣組合工裝結構設計與拼裝，推廣工裝結構模塊化設計與制造，已經逐步擴展到各生產線。

下面是幾組柔性工裝結構實際應用的實例。該工裝是采用組合夾具元件拼裝的用于測量直線度，采用雙向頂尖定位，球型銷支撐結構。該工裝用于車床加工內徑和端面，采用外徑和底面定位，壓板壓緊結構。

結語

在換裝方面，我們尚需繼續研究被加工零件與工裝之間快速定位夾緊與換裝。能夠解決目前存在的問題，早日實現工程化應用。

工裝結構模塊化設計的不斷探索將為工裝設計與制造帶來新的理念與方向。科技要創新，思路要拓寬，我們要為今天的制造業發展走出新的路子。

[1]機械工程手冊/機械工程手冊編輯委員會編.機械工程手冊第1卷，基礎理論（一）[M].北京：機械工業出版社，1982.

[2]韓榮第，王揚，張文生.現代機械加工新技術[M].北京：電子工業出版社，2003.

[3]秦國華.機床夾具的現代設計方法[M].北京：航空工業出版社，2006.