孔系組合夾具在高精度零件制造中的應(yīng)用研究

齊孟雷

（遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009）

孔系組合夾具在高精度零件制造中的應(yīng)用研究

齊孟雷

（遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009）

飛機發(fā)動機零件的加工精度很高，而使用數(shù)控鏜床和專用工裝進行加工，則造成制造成本的浪費。討論了孔系列組合夾具元件裝配出的組合夾具在高精零件制造過程中的推廣與應(yīng)用，為飛機發(fā)動機公司降低生產(chǎn)準備成本探索出一條捷徑。

工裝；孔系列組合夾具；降低成本

當(dāng)今一個國家的航空航天技術(shù)是否發(fā)達已成為衡量一個國家科技水平、國防實力和綜合國力的重要指標之一[1]。航空發(fā)動機作為飛機的心臟，是集尖端技術(shù)于一身的高精密機械體，葉片是航空發(fā)動機作為飛機產(chǎn)生動力的主要零件，如何探索出一條既能加快新機科研進度，又不增加新機科研成本，還能保證發(fā)動機加工精度是中國航空企業(yè)所面臨的新的課題。

在實際生產(chǎn)中，如何利用組合夾具快速靈活的特點，快速解決零件加工準備中的瓶頸問題是我們要研究的課題。我們通過用多套孔系列組合夾具在新機科研中如何保證新機科研的制造周期，還能降低制造成本。為進一步在航空發(fā)動機制造業(yè)中推廣和應(yīng)用孔系列組合夾具，為進一步促進節(jié)能減排和推進綠色制造奠定基礎(chǔ)。

1 航空發(fā)動機制造業(yè)工藝現(xiàn)狀

夾具是機械制造工藝準備中的一個主要組成部分，在機械加工中占有重要位置[1]。它對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，擴大機床使用范圍，縮短新產(chǎn)品試制周期等具有重要意義，它也是制約航空發(fā)動機制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。隨著航空發(fā)動機的不斷更新?lián)Q代，我國也在研制多種新型號飛機發(fā)動機，而在研制過程中需要大批的專用工裝夾具，也意味著大批的專用工裝夾具被迫報廢，從而造成科研經(jīng)費的浪費[1]。如何增加工藝裝備的柔性，在飛機發(fā)動機更新?lián)Q代后，如何延伸原有工裝夾具的使用已經(jīng)是航空發(fā)動機制造業(yè)所急需解決的問題之一。

由于當(dāng)前國際形勢的壓力，新型號飛機發(fā)動機的研發(fā)制造周期非常緊迫，因此留給工藝準備的時間更加緊張，而專用夾具又是工藝準備的工作重點[2]。目前航空發(fā)動機制造業(yè)的專用夾具需要設(shè)計、制造、生產(chǎn)準備周期要1～2個月，甚至更長時間。航空發(fā)動機制造業(yè)要適應(yīng)瞬息萬變的國際形勢，我們要加快新型號飛機發(fā)動機的研發(fā)制造，而專用夾具既不是航空發(fā)動機制造業(yè)的首選工藝準備方案，也不是解決航空發(fā)動機制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸有效途徑。

2 組合夾具概念

組合夾具是根據(jù)工藝要求，由一套可以循環(huán)使用的并具有高精度、高強度的系列化、標準化元件組裝成的易連接和拆卸的夾具[2]。它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標準元件組裝而成。這些元件具有很好的互換性和較高的精度及耐磨性，可以根據(jù)機床工作臺的尺寸和不同零件的加工要求，選用所需要的元件組裝成數(shù)控機床、加工中心等使用的各種夾具，組裝簡單靈活[3]。這種夾具可以保證在規(guī)定的坐標位置上準確定位，并且具有較高的剛度和精度，能夠保證在粗加工時使用大切削量，在精加工時更好地保證工件定位面和加工表面之間的位置精度。這種夾具還能保證工件在一次定位裝夾中加工多個表面，甚至是加工全部表面，也可以一套夾具同時裝夾多個工件進行加工，減少機床的停機時間，以充分發(fā)揮數(shù)控機床、加工中心等的高效性能[3]。

3 組合夾具元件分類

按元件定位連接形式不同，組合夾具主要分成槽列組合夾具和孔系列組合夾具兩大類型。

槽列組合夾具是上世紀四十年代發(fā)展起來的，通過鍵與槽來確定元件之間相互位置的一種組合夾具（靠槽定位、螺栓緊固）[3]。沈陽黎明公司在槽系列組合夾具的功能開發(fā)和推廣應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。槽系列組合夾具的優(yōu)點是拼裝方便，調(diào)整簡單，對工人技術(shù)水平要求低，適應(yīng)各種復(fù)雜零件的復(fù)雜夾具結(jié)構(gòu)。由于槽系列組合夾具是靠元件之間的摩擦緊固，因此它的缺點是與孔系列組件比定位精度比較低，多件組合連接時強度不好，在大切削量的加工中夾具的承力能力不強，夾具的定位尺寸容易受到運輸和使用的過程中的敲擊和撞擊等外力的影響而出現(xiàn)定位元件產(chǎn)生位移。

孔系列組合夾具是上世紀八十年代發(fā)展起來的，通過銷和孔確定元件之間相互位置的一種組合夾具[4]。由于孔系列組合夾具是以銷和孔定位，故而它優(yōu)點是精度高、剛性好、可靠性好，適合加工精度要求高的零件。由于孔系列組合夾具的裝配主要依靠計算機計算裝配尺寸，因此它缺點是對組合夾具拼裝人員的技術(shù)水平和組合夾具設(shè)計人員計算能力要求高，調(diào)整難度大，裝配效率相對于槽系列組合夾具低[4]。

綜上比較得出，由于孔系列組合夾具元件自身所具有的高精度的定位精度，高精度的特點，不難看出，用孔系列組合夾具組裝飛機發(fā)動機精密零件夾具，更適用解決導(dǎo)向葉片觀察孔加工的問題。我們組合夾具站曾經(jīng)用槽系列組合夾具組裝過幾套夾具，但效果都不理想，加工前三個葉片時，孔的位置精度還能保證，但由于槽系列組合夾具的本身不足之處，這幾套槽系列組合夾具在精度和穩(wěn)定性方面都不能滿足加工的要求[4]。這更加堅定了我們選用孔系列組合夾具來解決精密零件的加工問題，這樣既保證了零件的精度，又保證了制造周期，還降低了制造費用。

4 孔系列組合夾具的分類及設(shè)計原理

（M16）、中（M12）、小型（M8）三個系列；基礎(chǔ)件、支承件、定位件、壓緊件、緊固件、導(dǎo)向件、合件、其它件共八類元件。三個系列均以定位銷定位；定位孔和螺紋孔是規(guī)律分布的，孔距各有不同；孔系夾具元件的定位孔采用鑲套結(jié)構(gòu)。它的設(shè)計原理是在40mm×40mm定位間距均勻分布的基礎(chǔ)板上，以任意孔為圓點做0.01mm級差的直線調(diào)整，它的裝配精度能夠滿足夾具積累誤差不大于零件尺寸公差的1/3～1/5。孔系列組合夾具的兩銷一面的剛性定位結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性可與專用夾媲美。

5 結(jié)束語

在工作流程上優(yōu)化專用夾具派工制造的流程，就可從源頭上控制專用夾具的派工數(shù)量，必然會加大組合夾具推廣力度。在技術(shù)提升上，做好孔系列組合夾具開發(fā)拓展，加強組合夾具人才的培養(yǎng)，就能不斷提升組合夾具的技術(shù)能力。現(xiàn)在的沈陽黎明公司已經(jīng)采用可循環(huán)使用的組合夾具來完成工藝準備過程，將夾具的生產(chǎn)準備周期壓縮為1-2天，可以節(jié)省90%的夾具設(shè)計制造時間；節(jié)省95%的夾具制造材料費用；節(jié)省90%的夾具存儲保管費用和存儲保管場地。目前，沈陽黎明公司的組合夾具每年就可以為全公司節(jié)省專用夾具制造費用達到1000萬元之多。組合夾具確實可以大幅度提高新型號飛機發(fā)動機的研發(fā)速度，能大幅度節(jié)省生產(chǎn)準備時間和巨大的夾具制造費用，因此組合夾具是解決航空發(fā)動機制造業(yè)快速發(fā)展瓶頸的一種有效途徑，也能為航空發(fā)動機制造業(yè)快速發(fā)展提供有力的保障。

[1]李增志.組合夾具組裝技術(shù)手冊[M].北京：中國航空工業(yè)總公司第三0一研究所出版，1997.

[2]趙志鵬，唐匯瑋.UG NX5完全自學(xué)手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3]宋恕良與李天聰合編.組合夾具組裝手冊.保定：國營向陽精密機械廠出版，1985.

[4]孫大涌.先進制造技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

Hole Series Modular Fixture in the New Machine Research App lication

QIMeng-lei
(Liaoning Institute ofMechatronic Technology，Liaoning Dandong 118009，China)

Aircraft engine partsmachining high precision,while using CNC boring and special tooling for processing,themanufacturing costs caused bywaste.This seriesofmodular fixture through hole componentassembly outof the hole seriesmodular fixture to discuss the combination of high-precision partsmanufacturing fixture in the promotion and application process for the aircraftengine company to reduce production costs prepared to explore a shortcut.

tooling；hole seriesmodular fixture；reduce costs

TP216

A

1672-545X（2014）04-0234-02

2014-01-08

齊孟雷（1979—），男，河北衡水人，遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，機械工程碩士，主要研究方向為機械設(shè)計制造與自動化。