快換隨行模塊化工裝在結構件零件加工中的應用

閆鯤飛 王建新

[摘要]本文是通過對零件特性的總結，針對零件加工裝夾方式、定位基準的選擇、工序加工過程相似性，進行統一設計思路，設計制造工裝夾具，使零件的裝夾、工裝的調整能夠快速進行，并保證零件加工質量的可靠性 ，提高裝夾效率，縮短產品加工周期等，同時，它也會將加工裝夾過程的柔性化程度大幅提高。

[關鍵詞]零件特性;夾具;柔性化

1.引言

夾具是定位裝夾工件的一種工藝裝備，在切削機床上使用的夾具統稱為機床夾具。在現代生產中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著工件加工的精度、勞動生產率和產品的制造成本等。機床夾具的種類多，通常按使用范圍可分為外購標準工藝裝備、通用工藝裝備、組合工藝裝備，專用工藝裝備。從不同的角度還可對機床夾具進行分類，如：按所應用的設備分類有車床夾具、銑床夾具等。另外目前一些先進的工裝夾具還可分為成組夾具、快換夾具、隨行夾具、模塊化工裝等等。

2.先進工裝零件加工中的應用

結構件零件，尤其是小批量生產的結構件零件具有結構復雜、批量小等特點，這給夾具的選擇上帶來了一定的困難，通常各企業在生產這些零件時大部分采用專用夾具，這種選擇夾具方式的優點在于在生產中較為穩定，可以保證每批零件的加工需求。一旦零件結構因發動機需要改變結構時，原有專用夾具報廢的同時，重新派制新的夾具，增加成本的同時，還需要1至2個月的生產準備周期，使得企業生產滯后，因此結構件零件制造夾具的選擇至關重要，從近期看可以影響到零件的生產效率，從長遠看會影響著一個企業的效益。

2.1快換夾具在航空中小零件加工中的應用

快換夾具就是將傳統的專用夾具上的某個元件或某幾個元件進行改造，使得該夾具在裝夾零件以及夾具自身更換等環節上節約一定的時間，從而提高生產效率。

這類夾具是將傳統的裝夾方式進行改變，如：螺紋壓緊方式改為凸輪壓緊方式，有效的節省了零件夾具所用的時間。同時這類夾具與機床間還可以進行快速的更換，如：制造兩個托板，每個托板與夾具母體連接是采用高精度定位氣動夾緊的方式，這樣可提高夾具的自動化水平。在機床工作時，使用氣動多件快換夾具，操作者可在另外一套托板上拆裝零件，充分利用設備工作時操作者空閑時間，提高機床利用率;一次裝夾多個零件，減少機床停機次數，提高零件加工效率60%以上;通過氣動底盤使裝夾工件的托板與機床連接，實現快速更換，安裝方便、快捷，有效降低操作者裝夾工裝的勞動強度。該夾具利用一次裝夾多個零件及高精度重復定位來實現多件加工及快換功能，大幅度提高零件加工效率，減少操作者因機床運轉而產生的無效生產時間。

雖然快換夾具相比于傳統的專用夾具在結構上有了較大的進步，在一定程度上提高了生產效率，降低了工人的勞動強度，但該類夾具只適用于定位面較為規則、批量相對較大的零件，對于一些具有異形面、批量較小的零件，優勢不明顯。

2.2隨行夾具在結構件零件加工中的應用

由隨行工裝可引入工裝夾具系統的概念，在傳統意義上將，工裝夾具是針對零件在制造過程中某一道工序進行準備的，相對于其它工序的夾具是相對獨立的，但國際上較為先進的工裝夾具理念為零件的每個工序都是彼此聯系的，各工序之間所使用的工裝夾具是相互聯系的，這樣既可成為一個系統，比如說零點定位系統，這個系統可以消除工序間的定位誤差，而隨行夾具就是這個系統中的一部分。夾具隨著零件一起周轉，同時統一個加工設備的“接口”，這樣可消除工序間的定位誤差。

在我們的思維當中，零件的加工精度取決于加工設備的加工精度。在夾具系統面前這種理論是不對的，利用精度較差的設備一樣能夠加工出μ級精度的零件來，原因就在于系統數字化制造。在零件整個加工過程中，利用夾具系統，做到設備接口的統一（即機床本身每次裝夾的重復定位誤差控制在5個μ以下，同時設備與設備之間裝夾的接口做到統一，如銑床與車床之間），設計、工藝、測量基準的統一（從第一道工序下料開始一直到加工到成品，始終都是統一的基準），利用這些手段規避由設備、人為帶來的誤差。整個的加工過程因為各方面的統一做到了無縫聯接，而無縫聯接需要的統一的平臺就是他們所使用的夾具系統。

2.3模塊化工裝在結構件零件加工中的應用

在結構件零件制造中最常用的模塊化類型為成組夾具，即運用成組技術，把幾何形狀、尺寸、功能要素、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族制定相應的成組加工工藝進行加工，然后進行設計成組工裝夾具。采用成組夾具可擴大零件的加工批量，減少零件品種，便于采用高效方法，提高生產率。舉例說明一下，如：某類零件的鉆孔工序，此類零件孔與基準面間的距離是一個變量，不同零件該尺寸的數值不同，此類零件其它部位相同，這樣即可將零件的定位面做成一個可調機構，通過定位面的快速變換即可調整出新的工裝。另外還可以通過快速更換某個定位塊的方式進行調整，如將卡箍類零件切開時的銑加工夾具，根據零件的直徑制造不同的定位塊，更換定位快即可滿足不同直徑卡箍類零件銑加工的需要，而不用派制多套專用夾具，降低了零件的加工成本，省去了因派制多套專用工裝帶來的生產準備周期長，零件交付不及時的風險。這類工裝的重點在于該類工裝只適用于可歸納成零件族（組）的零件，對于沒有相似特征的零件并不適用，應用面較窄，由于這種缺點，制約了該類工裝在結構零件的推廣使用。

2.4數控設備中轉換夾具在結構件零件中的應用

轉接夾具是夾具系統衍生而來的，即運用統一“接口”的理念，將不同零件的銑加工工序（或是其它加工工序）所使用的夾具與該“接口”進行統一對接，這樣可以實現不同零件銑加工夾具在加工設備的快速換裝，以此來提高生產效率，節省因夾具更換帶來的對到找正時間。運用該轉換“接口”可對現有專用夾具資源進行改造利用，即統一夾具上固定孔之間的尺寸，實現與轉接夾具的快速對接，即可實現工裝夾具的快換。

3.結束語

以上介紹的一些較為先進的工裝都具有各自的優點，實現的效果都是提高生產效率，降低生產成本，但每種夾具都有各自的片面性，所以，還得根據承擔零件的特點進行分析、歸類，采用多類型工裝組合使用，這樣才能實現航空中小零件的柔性化制造，提高零件生產效率、降低成本，才能使我們的企業在競爭中立于不敗之地。

參考文獻

[1]盛步云.柔性焊接夾具設計.汽車技術，2001年

[2]《機床夾具設計手冊》.上海科學技術出版社，2004年