飛機結構件機械加工柔性夾具系統探究

孫福奎

摘 要：近年來，隨著科技的發展，柔性夾具被廣泛應用于飛機制造行業當中。柔性夾具一般應具備氣動或液壓夾緊功能，并與數控機床在結構和控制上集成一體，大大減少了傳統央具的數量，降低了成本，提高了切鉆的效率和質量，為數字化應用水平的提高起到了推動作用。文章對飛機柔性夾具的應用展開了探討，望對我國的航空制造水平的提高能有所幫助。

關鍵詞：飛機構件；機械加工；柔性夾具系統

作為國家的戰略性發展產業，航空工業一直是國家國防預算中非常重要的一個產業。先進的航空產品不僅可以在技術層面有效推動加工、生產、電子、機械等領域，還可以在經濟上提升國民生活水平，保證社會的進步。在航空工業中，飛機制造可作為生產的典型，而其中夾具在其生產過程中的地位舉足輕重。夾具是一種機械設備，一方面對加工的工件進行定位和固定，由此保證在實際加工過程中，工件的精度較高；另一方面還可以用于工件的檢測，有利于確定加工的工件尺寸合格率。

1 飛機柔性夾具

1.1 按結構分類

（1）組合夾具

柔性組合夾具一般被稱為組合夾具，是最常應用于實際生產中的夾具種類。柔性組合夾具具有模塊化、通用度高的特點。通過組合已生產好的不同形狀、尺寸、型號的標準零件，使其成為適用于不同生產要求的零件的夾具。一方面，這種夾具可以通過組合形成專用夾具；另一方面，也可通過替換零件的方式組合形成可調節式的夾具。同時，柔性組合夾具還具有可拆卸、重復使用、可清洗的特點。一般情況下，柔性組合夾具的設計、組合時間不大于專有夾具使用時間的1/5，因此應用面受限小且受到廣泛好評。

（2）拼裝夾具

相較于組合夾具，拼裝夾具的標準化程度較低，數控加工中使用拼裝夾具較為普遍。拼裝夾具是在已有基礎件的基礎上，通過與其他通用化的元件拼裝形成模塊化的夾具。針對不同的產品工件，拼裝夾具使用的模塊化結構存在較大差別。

1.2 按孔槽分類

由于表面分網絡孔系和槽系，柔性夾具還可以被分為這兩類。槽系夾具的定位主要依靠鍵和槽，孔系則通過孔和銷。不同于槽系夾具，孔系夾具具有高精度、易組裝的特點。由于孔系夾具可以更好地提供編程原點，其被廣泛用在數控機床上。相較于孔系夾具，槽系夾具的優勢在于調整性能強，可應用的范圍較大。在實際生產中，由于飛機結構件主要為數控的加工方式，因此孔系柔性夾具使用較多。

2 柔性夾具系統的應用及發展

飛機結構件在生產制造中多以數控加工，尤其數控銑削的方式呈現；以機翼大梁、框、對接接頭等結構件為例，生產精度要求高、零件壁厚薄、結構槽腔多、曲面較多且零件尺寸大，柔性夾具的出現保證了大型結構件的高效完成，降低了時間和經濟成本。

2.1 應用優勢及重要性

柔性夾具的出現在一定程度上保證了夾具的循環利用，節約了經濟成本。與專用夾具相比，它有利于庫房分類管理及設計分類，解決了專用夾具體積大、不可互換的問題。綜合其優點，主要為精度高、通用、適用范圍廣、生產成本低且效率高等。

（1）精度高

柔性夾具在組合或拼裝后，無論在尺寸還是幾何結構方面，都具有很高的精度，這種高精度的優勢直接體現在生產的工件精度高、尺寸準。以2m左右的大型工件為例，當夾持的方案選用合理時，夾具無論從平面還是三維、水平還是垂直角度的誤差均可控制在±2mm以內。

（2）通用循環

由于柔性夾具可組裝可拼裝，其內部夾具零件可以相互更換。當出現某一部位夾具磨損嚴重時，可通過替換該零件的方式延長柔性夾具的使用壽命。同時由于夾具組合拼裝后種類繁多，可滿足于多種零部件的加工制造，其通用性能不容小覷。

（3）使用范圍廣

機械加工中車、磨、刨等均可使用柔性夾具，同時在劃線、裝配、檢驗、焊接等工序中也使用到了大量的柔性夾具。

2.2 應用發展

（1）計算機輔助

由于柔性夾具近幾年才出現，目前還缺少完備的計算機輔助系統。在實際生產中，夾具的設計方案大多采用手工的方式。這一現狀造成的直接后果為設計人員效率不高且工作量大，設計質量也大多依靠于工作人員多年的經驗及習慣。針對不同的零件，可能存在較為簡單的夾具組裝法，但由于人工生產方式的弊端，難以迅速精準地定位夾具組合方法。

目前，已有研究人員針對柔性夾具計算機輔助系統進行研究與開發，幫助其生產流程管理與夾具元件的分類檢索。這種系統有助于已有夾具的歸類整理，避免重復設計及耗費大量時間進行搜索，因此也將在今后的夾具設計中起到很大的作用。

（2）自動化

目前主要還是采用人工的生產方式完成零件的裝夾工作。實際生產時，部分零件的裝夾時間甚至比工件切削所需時長還要多。生產效率低下是目前夾具裝備的主要問題之一。如何提高夾具自動化程度，將其與數控機床的控制協調一致是柔性夾具發展時亟待解決的問題。

（3）標準化模塊化

目前已有的柔性夾具標準化及模塊化仍有待提高。由于生產方式的局限性，大多數柔性夾具的設計還未達到最佳狀態，即使用最少的標準化夾具元件滿足盡量多的工序要求。而這種現象也與夾具元件的管理流程混亂有一定關系，當管理檢索已形成較完備的系統時，設計及工作人員可根據不同類別的柔性夾具元件完成更精準、簡便的標準化設計方案。

3 結語

柔性夾具的設計與使用是未來飛機制造的主流趨勢，組合及拼裝是實現柔性化加工的重要手段。在未來的生產中，融入計算機輔助技術、三維數字化及數控自動化技術是柔性夾具系統的應用發展趨勢，完美地實現柔性夾具系統的構建還任重道遠。

參考文獻

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[2]張石磊，李迎光，劉長青，等.基于環分析的飛機結構件槽特征腹板精加工區域自動創建方法[J].中國機械工程，2013，24（13）：1728-1733.

（作者單位：沈陽飛機工業（集團）有限公司）