一種智能化工件柔性夾持系統(tǒng)的研究

尚文 張尉

1.問題的提出

現(xiàn)代化軍事裝備技術(shù)多樣化需求、日益激增的軍品任務(wù)、不斷縮短的訂貨周期讓部分航空公司依然面臨巨大的交付壓力，如何在現(xiàn)有生產(chǎn)模式下提高生產(chǎn)效率，挖潛數(shù)控設(shè)備能力是當(dāng)前亟待研究和解決的重要課題。

作者在對所在公司主制生產(chǎn)廠的數(shù)十臺數(shù)控機床運行情況調(diào)研中發(fā)現(xiàn)設(shè)備開動率不足90%，機床實際切削時間僅占總運行時間的28.68%。在物料、技術(shù)、工藝裝備三項準(zhǔn)備工作中，只有工藝裝備的準(zhǔn)備暫時無法實現(xiàn)機外準(zhǔn)備，最大程度限制了生產(chǎn)效率。主要存在以下幾方面原因：

（1）公司為多品種、小批量變頻式生產(chǎn)模式，頻繁換產(chǎn)增加了工裝準(zhǔn)備周期，制約了數(shù)控設(shè)備效率；

（2）新研產(chǎn)品采用輕量化，整體機構(gòu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繼承性差、組合夾具周期長；

（3）批生產(chǎn)的專用工裝多依據(jù)普通設(shè)備設(shè)計，數(shù)控設(shè)備通用性不足；

2.智能化工件柔性夾持系統(tǒng)與傳統(tǒng)機床夾具的區(qū)別

隨著生產(chǎn)力水平的進一步提高，未來的產(chǎn)品設(shè)計中難加工及記憶性材料的應(yīng)用、異形復(fù)雜的零件結(jié)構(gòu)、微變形的焊接技術(shù)、無差異的裝配理念等涵蓋生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的未來制造技術(shù)都對夾具發(fā)展提出了更高的要求，夾具將集成制造、網(wǎng)絡(luò)、仿生等技術(shù)，具有工藝知識的人工智能綜合系統(tǒng)。圖1是智能化工件柔性夾持系統(tǒng)的構(gòu)成設(shè)想。

該系統(tǒng)具有以下功能及特點：

（1）系統(tǒng)元件模塊化、系列化、信息化；

（2）系統(tǒng)組裝智能化、高效化、記憶化；

（3）系統(tǒng)整體剛性好，定位精準(zhǔn)迅速；

3.智能化工件柔性夾持系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1CAD/CAE/Vercuit等計算機輔助技術(shù)

計算機輔助技術(shù)是系統(tǒng)實現(xiàn)工件裝夾過程設(shè)計、系統(tǒng)可靠性評估的關(guān)鍵技術(shù)。技術(shù)人員只需輸入零件裝夾定位要素，系統(tǒng)便能完成元件調(diào)用，對加工過程進行模擬仿真。同時，計算機還可以操作機器人按照系統(tǒng)模擬的結(jié)果完成對系統(tǒng)內(nèi)各元件的組裝工作。

3.2信息化集成技術(shù)

信息集成技術(shù)可實現(xiàn)SmarTeam、智能化工件柔性夾持系統(tǒng)以及ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，建立機床、工件、夾具、檢測等各相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)字化協(xié)同制造網(wǎng)絡(luò)單元。

3.3系統(tǒng)元件定位、緊固技術(shù)

選擇氣動或液壓驅(qū)動方式、在孔、槽定位基礎(chǔ)上加入錐度配合更能提高其定位精度和穩(wěn)定性。

3.4其它相關(guān)技術(shù)

除了冷加工，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于焊接、裝配領(lǐng)域。運用具有記憶、相變能力的材料制作系統(tǒng)基礎(chǔ)元件可以轉(zhuǎn)移切削抗力、減少零件變形、實現(xiàn)易變形材料的精確定位。

4.案例分析

4.1典型零件

以圖2某承座零件為例，該零件在某產(chǎn)品上屬于重要結(jié)構(gòu)件，零件6個方向上均布孔系及槽，相鄰垂直面間不同孔之間有較高的位置精度。孔距及形位公差如圖3所示。

現(xiàn)有工藝方法采用組合夾具由五面體加工中心完成。夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組裝和找正周期長，零件每更換一次都要主軸暫停。

4.2改進方案

采用智能型柔性工件夾持系統(tǒng)，將多個零件以φ28H8孔為基準(zhǔn)與多面卡盤體通過標(biāo)準(zhǔn)定位銷連接，標(biāo)準(zhǔn)定位銷與卡盤采用錐度配合液壓夾緊方式。基礎(chǔ)板、安裝卡盤、定位銷等實現(xiàn)系列化、模塊化設(shè)計、組裝。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口讓操作者在機床外即可完成零件與夾具的安裝，大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。如圖4所示。

5.結(jié)論

智能化柔性工裝夾持系統(tǒng)是對傳統(tǒng)工藝方法的突破和變革，它改變了準(zhǔn)備工作在整個生產(chǎn)過程中的地位和作用，實現(xiàn)了準(zhǔn)備、加工同步化；將數(shù)字化設(shè)計理念引入工裝夾具領(lǐng)域，加快了工裝設(shè)計、裝配數(shù)字化進程；融合有限元分析及加工過程虛擬檢測技術(shù)，實現(xiàn)機床、工件、夾具的有機聯(lián)系。使用于多品種、小批量生產(chǎn)方式，大大提高了生產(chǎn)效率和企業(yè)市場競爭力，具有廣闊的應(yīng)用前景。