張 娟 李玉波 陳利明 吳宏春

（1.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043；2.駐黎明公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

目前機(jī)械零件產(chǎn)品加工一般采用專用工裝，在產(chǎn)品加工前先將工裝安裝在機(jī)床工作臺上，然后找正夾具后將被加工零件裝夾固定在夾具上。夾具換裝后需要找正，首先增加了設(shè)備的輔助時間；其次裝夾找正存在人為誤差，不同設(shè)備夾具換裝，存在重復(fù)定位精度低問題。這種生產(chǎn)模式難以實(shí)現(xiàn)精益快速生產(chǎn)，不利于自動化生產(chǎn)及全程無人干預(yù)現(xiàn)代化生產(chǎn)模式的推廣。

2 原因分析

造成以上問題的原因很多，共性原因是不同工序不同設(shè)備，重復(fù)定位精度低。在傳統(tǒng)的機(jī)械工藝中，工件和機(jī)床的聯(lián)接是通過人工方式實(shí)現(xiàn)的。其主要原因是工件在設(shè)備工作臺上的裝夾定位方式不同，由于機(jī)床的T型槽工作臺存在缺陷，只給出Z方向的基準(zhǔn)，沒有X、Y方向的基準(zhǔn)，在每道工序中，工件必須先人為找正，然后對刀才能加工，導(dǎo)致輔助工時長、效率低、精度差等，現(xiàn)代先進(jìn)的設(shè)備，未解決工作臺與人的界面標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化，給零件加工留下必須調(diào)整找正的問題。

3 方案探索

（1）所有機(jī)床工作臺上安裝工件、夾具的方式都要一致，并具備已知的工件基準(zhǔn)定位系統(tǒng)；（2）不需每次找正對刀面，就能實(shí)現(xiàn)工件快速換裝；（3）工件能夠輕易而精確的在各種機(jī)床之間交換，保證重復(fù)定位精度；（4）系統(tǒng)必須簡單易用，精度高、柔性好、剛性強(qiáng)；（5）系統(tǒng)必須能滿足離線調(diào)整，能夠較大的提高經(jīng)濟(jì)效益。

因此考慮采用的方法是設(shè)計一種標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口，用來連接機(jī)床和夾具，在生產(chǎn)過程中，不論工裝或工件在各機(jī)床之間交換時，不必找正，總能保持必要的定位精度，此外，也能適合用于離線預(yù)裝，從而使停機(jī)時間壓縮到最低限度。工件定位精度高，可大大的減小各工序的加工余量，使有效加工時間得以縮短。

分析上述方法可見機(jī)床和工件、工裝增加標(biāo)準(zhǔn)接口后，即可實(shí)現(xiàn)“中斷加工”和“柔性生產(chǎn)”。由于機(jī)床和工件都有已知定位基準(zhǔn)，沒有加工完的工件或本工序結(jié)束后的工件從機(jī)床上卸下時不用擔(dān)心基準(zhǔn)丟失，而且由于機(jī)床和工件都具有了固定的定位基準(zhǔn)，工件重新安裝到機(jī)床上時還可以定位到卸下時的位置，所以對于加工時間短的工件，可以在一臺機(jī)床上加工多個工件，甚至是不同種類的工件實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)；對于加工時間長的工件，可以采用換班加工，在下一班將前一班沒有加工完的工件卸下，到下一個班再繼續(xù)加工實(shí)現(xiàn)中斷加工。

根據(jù)上述分析，開展工裝快速換裝技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)在不同加工設(shè)備不同工序零部件的快速精密換裝。推廣該項(xiàng)技術(shù)，能夠提高快速反應(yīng)能力，以實(shí)現(xiàn)敏捷制造，達(dá)到柔性生產(chǎn)的目的；提高產(chǎn)品質(zhì)量，充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的效能，盡可能的縮短加工中的輔助時間，進(jìn)一步提高工序間的重復(fù)定位精度，增加設(shè)備的利用率，提高經(jīng)濟(jì)效益。在精密機(jī)械零件高效數(shù)控加工技術(shù)研究中，減少工裝與設(shè)備、工件與工裝的裝夾找正時間。

4 實(shí)施方案

采取在不同機(jī)床工作臺上配置不同規(guī)格基礎(chǔ)轉(zhuǎn)接平臺，該平臺實(shí)現(xiàn)工裝和機(jī)床工作臺的連接。在基礎(chǔ)平臺上，均布100×100矩陣孔，孔位置精度為±0.005mm，當(dāng)將基礎(chǔ)板第一次安裝在機(jī)床工作臺上時，拉直找正基礎(chǔ)板，固定基礎(chǔ)板，測量基準(zhǔn)孔坐標(biāo)位置，并記錄，其余孔位置隨之固定。在夾具相應(yīng)位置開設(shè)相同大小定位孔，用膨脹銷連接基礎(chǔ)板和工裝實(shí)現(xiàn)定位。設(shè)計夾具時按照基礎(chǔ)平臺定位孔位置配置，那么夾具安裝后，不用拉直找正，就可知道坐標(biāo)位置?？焖贀Q裝技術(shù)可應(yīng)用于線切割、電火花、數(shù)控機(jī)床、普通銑床等需要裝夾找正的加工設(shè)備。特別適應(yīng)要求重復(fù)定位高、工序多、換裝頻繁、裝夾定位精度難以保證的零件加工。

如果夾具安裝在機(jī)床上，就能知道工裝在機(jī)床上X、Y、Z三個方向的坐標(biāo)值，而不用拉直找正，被加工件的工藝基準(zhǔn)就能知道。可以實(shí)現(xiàn)換裝重復(fù)定位精度達(dá)：±>0.01～0.005mm。換裝時間：僅需3～5分鐘。采用這種方法零件定位精度高，裝夾時間短，這就是快速換裝的基本思路，對于精益生產(chǎn)意義重大。

5 精益生產(chǎn)中快速換裝組合應(yīng)用實(shí)例

圖1 某葉片組合夾具拼裝實(shí)例

近年來，高科技的普及和專業(yè)軟件的開發(fā)，虛擬裝配的應(yīng)用，為組合夾具設(shè)計、管理提供優(yōu)越的條件。為此將組合夾具設(shè)計作為研究方向。我們和某軟件公司聯(lián)合開發(fā)基于UG的組合夾具設(shè)計系統(tǒng)。它以三維CAD系統(tǒng)為平臺并實(shí)現(xiàn)無縫集成。既可由用戶選擇系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)件、組件來進(jìn)行虛擬裝配，也可用系統(tǒng)提供的知識庫功能進(jìn)行智能化選擇標(biāo)準(zhǔn)件和組件進(jìn)行虛擬裝配。

組合夾具設(shè)計是基于組合夾具元件庫開展的，我們選用某專業(yè)廠的中系列槽系組合元件系統(tǒng)，內(nèi)容包括：

（1）標(biāo)準(zhǔn)件：指國標(biāo)、企標(biāo)以及典型非標(biāo)件的總和。（2）合件：由多個標(biāo)準(zhǔn)件組成的一個組合，也是標(biāo)準(zhǔn)件。（3）組件：是指能夠完成一定功能的標(biāo)準(zhǔn)件的組合。

建立組合夾具常用組件庫，在設(shè)計時重復(fù)引用，可大幅度縮短三維實(shí)體造型和裝配時間。組合夾具元件主要包括：基礎(chǔ)件、支承件、定位件、夾緊件、導(dǎo)向件、對刀件等幾大部分，組件的功能就是上述各部分的功能。組合夾具元件建庫系統(tǒng)：可建立組合夾具元件、組件庫。 組合夾具設(shè)計—調(diào)用CAD平臺組件標(biāo)準(zhǔn)件庫：實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件下載和標(biāo)準(zhǔn)件替換。采用基于KBE技術(shù)的設(shè)計系統(tǒng)，將工裝設(shè)計員從繁重的設(shè)計任務(wù)中解放出來，實(shí)現(xiàn)組合夾具設(shè)計數(shù)據(jù)計算機(jī)管理。減少專用夾具的使用，節(jié)約專用夾具設(shè)計制造費(fèi)用?？s短夾具設(shè)計時間，提高設(shè)計效率，保證設(shè)計質(zhì)量，提高夾具標(biāo)準(zhǔn)化水平。如下圖是某葉片組合夾具拼裝實(shí)例。

[1]秦國華.機(jī)床夾具的現(xiàn)代設(shè)計方法[M]，2006.