周華鋒 張娟 秦秀秀 姚紅梅

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 概述

我們提到的柔性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從實(shí)用角度看包含三方面內(nèi)容：一是工裝元件能夠靈活重組，元件、組件、合件能夠重復(fù)分解和有機(jī)拼裝，實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，重組后實(shí)現(xiàn)特定結(jié)構(gòu)的柔性化；二是柔性工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這里引進(jìn)模塊化設(shè)計(jì)理念，需要預(yù)先建立數(shù)據(jù)庫(kù)包括標(biāo)準(zhǔn)建庫(kù)、模塊元件庫(kù)、單元模塊庫(kù)，利用設(shè)計(jì)軟件根據(jù)實(shí)際用途靈活快速組裝設(shè)計(jì)，完成柔性工裝的圖紙預(yù)設(shè)計(jì)，可以在產(chǎn)品本工序未加工前實(shí)現(xiàn)工裝按計(jì)劃組裝；三是工裝在設(shè)備之間的換裝，要實(shí)現(xiàn)柔性快速換裝，這就要求在設(shè)備上增加快換接口，達(dá)到同一工裝能夠快速在不同設(shè)備之間換裝，不同工裝在同一設(shè)備上實(shí)現(xiàn)快換，以達(dá)到換裝的柔性化，這就需要進(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

2.1 柔性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念

我們提到的柔性工裝結(jié)構(gòu)是由標(biāo)準(zhǔn)件、基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)。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(jù)機(jī)床工作臺(tái)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(jié)構(gòu)，組裝靈活方便，適應(yīng)范圍廣。

2.2 柔性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

近年來(lái)，高科技的普及和專業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)，虛擬裝配的應(yīng)用，為柔性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理提供優(yōu)越的條件。為此我們研究柔性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從2005年開(kāi)始我們應(yīng)用在UG平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的組合工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)kbe系統(tǒng)（西安易博開(kāi)發(fā)）。它以UG系統(tǒng)為平臺(tái)并與UG實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。既可由用戶選擇系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)件、組件來(lái)進(jìn)行虛擬裝配，也可用系統(tǒng)提供的知識(shí)庫(kù)（kbe）功能進(jìn)行智能化選擇標(biāo)準(zhǔn)件和組件進(jìn)行虛擬裝配（采用保定向陽(yáng)廠生產(chǎn)的槽系中系列組合夾具元件）。

3 柔性工裝的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與探索

近年來(lái)，我們研究模塊化設(shè)計(jì)，把組合工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路用于專用工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)速度和準(zhǔn)確性，為以后的工裝專業(yè)化設(shè)計(jì)、制造打好基礎(chǔ)。因此，我們同樣需要建立模塊庫(kù)，作為模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

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

研究表明，在工裝典型結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能，并且應(yīng)用過(guò)程中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)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(jié)構(gòu)，找出常用的典型結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(jīng)專家論證后作為模塊結(jié)構(gòu)。將這些模塊歸類、參數(shù)化建模，并制定模塊分類和命名原則，按照工裝專業(yè)建庫(kù)，將參數(shù)化模塊模型分類入庫(kù)，添加屬性和預(yù)覽圖。

工裝模塊化程度提高，亦給工裝制造帶來(lái)方便，如果工裝制造部門預(yù)先準(zhǔn)備部分模塊元件，工裝制造時(shí)，如果直接能夠應(yīng)用的省去制造時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)快速反應(yīng)，節(jié)省成本。

4 工裝與設(shè)備的柔性快速換裝

研究柔性工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，我們采用了基于UG平臺(tái)的kbe設(shè)計(jì)工具及基于UG的工裝模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，組合工裝結(jié)構(gòu)制造采用標(biāo)準(zhǔn)件、元件、組件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)拼裝；模塊化工裝制造，是在模塊元件、單元模塊實(shí)現(xiàn)高度系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的前提下，已經(jīng)儲(chǔ)備足夠數(shù)量的庫(kù)存情況下采用標(biāo)準(zhǔn)件、模塊元件、單元模塊進(jìn)行拼裝；工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造實(shí)現(xiàn)快捷方便，我們進(jìn)一步需要研究工裝實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中與設(shè)備的快速換裝問(wèn)題。

對(duì)于工裝與設(shè)備的柔性快速換裝，我們需要在設(shè)備平臺(tái)上設(shè)置快換接口，經(jīng)研究試驗(yàn)，2005年到2008年間我們引進(jìn)瑞典的system3R“零點(diǎn)定位系統(tǒng)”。

換裝的思路是，將基準(zhǔn)平臺(tái)安裝在設(shè)備工作臺(tái)面上，拉直其中兩定位孔，將其固定在設(shè)備工作臺(tái)上作為設(shè)備附加工作臺(tái)，找正基準(zhǔn)孔位置并存儲(chǔ)其位置坐標(biāo)值，找正基準(zhǔn)平臺(tái)頂面高度坐標(biāo)并存儲(chǔ)，利用基準(zhǔn)平臺(tái)上開(kāi)設(shè)的100±0.005mm的矩陣孔，使基準(zhǔn)平臺(tái)上任何一定位孔坐標(biāo)已知；在工裝底座上對(duì)應(yīng)位置僅需加工對(duì)應(yīng)兩孔，每次將工裝安裝在基準(zhǔn)平臺(tái)對(duì)應(yīng)位置上，通過(guò)計(jì)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(fù)定位精度高。

對(duì)于組合夾具基礎(chǔ)板要求定制兩個(gè)或多個(gè)定位孔，以滿足工裝快速換裝。

5 柔性工裝實(shí)際應(yīng)用

結(jié)合本集團(tuán)公司生產(chǎn)特點(diǎn)，我們將研究的柔性工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用與新機(jī)研制，并結(jié)合當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域推行的工藝工裝一體化進(jìn)程，推廣組合工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與拼裝，推廣工裝結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)與制造，已經(jīng)逐步擴(kuò)展到各生產(chǎn)線。

下面是幾組柔性工裝結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用的實(shí)例。該工裝是采用組合夾具元件拼裝的用于測(cè)量直線度，采用雙向頂尖定位，球型銷支撐結(jié)構(gòu)。該工裝用于車床加工內(nèi)徑和端面，采用外徑和底面定位，壓板壓緊結(jié)構(gòu)。

結(jié)語(yǔ)

在換裝方面，我們尚需繼續(xù)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(wèn)題，早日實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

工裝結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)的不斷探索將為工裝設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)新的理念與方向?？萍家?jiǎng)?chuàng)新，思路要拓寬，我們要為今天的制造業(yè)發(fā)展走出新的路子。

[1]機(jī)械工程手冊(cè)/機(jī)械工程手冊(cè)編輯委員會(huì)編.機(jī)械工程手冊(cè)第1卷，基礎(chǔ)理論（一）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2]韓榮第，王揚(yáng)，張文生.現(xiàn)代機(jī)械加工新技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[3]秦國(guó)華.機(jī)床夾具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006.