孔系組合夾具在高精度零件制造中的應(yīng)用研究

齊孟雷

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009）

孔系組合夾具在高精度零件制造中的應(yīng)用研究

齊孟雷

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009）

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的加工精度很高，而使用數(shù)控鏜床和專用工裝進(jìn)行加工，則造成制造成本的浪費(fèi)。討論了孔系列組合夾具元件裝配出的組合夾具在高精零件制造過(guò)程中的推廣與應(yīng)用，為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司降低生產(chǎn)準(zhǔn)備成本探索出一條捷徑。

工裝；孔系列組合夾具；降低成本

當(dāng)今一個(gè)國(guó)家的航空航天技術(shù)是否發(fā)達(dá)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平、國(guó)防實(shí)力和綜合國(guó)力的重要指標(biāo)之一[1]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟，是集尖端技術(shù)于一身的高精密機(jī)械體，葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的主要零件，如何探索出一條既能加快新機(jī)科研進(jìn)度，又不增加新機(jī)科研成本，還能保證發(fā)動(dòng)機(jī)加工精度是中國(guó)航空企業(yè)所面臨的新的課題。

在實(shí)際生產(chǎn)中，如何利用組合夾具快速靈活的特點(diǎn)，快速解決零件加工準(zhǔn)備中的瓶頸問(wèn)題是我們要研究的課題。我們通過(guò)用多套孔系列組合夾具在新機(jī)科研中如何保證新機(jī)科研的制造周期，還能降低制造成本。為進(jìn)一步在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)中推廣和應(yīng)用孔系列組合夾具，為進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能減排和推進(jìn)綠色制造奠定基礎(chǔ)。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)工藝現(xiàn)狀

夾具是機(jī)械制造工藝準(zhǔn)備中的一個(gè)主要組成部分，在機(jī)械加工中占有重要位置[1]。它對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，縮短新產(chǎn)品試制周期等具有重要意義，它也是制約航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷更新?lián)Q代，我國(guó)也在研制多種新型號(hào)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，而在研制過(guò)程中需要大批的專用工裝夾具，也意味著大批的專用工裝夾具被迫報(bào)廢，從而造成科研經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)[1]。如何增加工藝裝備的柔性，在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)更新?lián)Q代后，如何延伸原有工裝夾具的使用已經(jīng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)所急需解決的問(wèn)題之一。

由于當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)的壓力，新型號(hào)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)制造周期非常緊迫，因此留給工藝準(zhǔn)備的時(shí)間更加緊張，而專用夾具又是工藝準(zhǔn)備的工作重點(diǎn)[2]。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的專用夾具需要設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期要1～2個(gè)月，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)要適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的國(guó)際形勢(shì)，我們要加快新型號(hào)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)制造，而專用夾具既不是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的首選工藝準(zhǔn)備方案，也不是解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸有效途徑。

2 組合夾具概念

組合夾具是根據(jù)工藝要求，由一套可以循環(huán)使用的并具有高精度、高強(qiáng)度的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化元件組裝成的易連接和拆卸的夾具[2]。它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標(biāo)準(zhǔn)元件組裝而成。這些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，選用所需要的元件組裝成數(shù)控機(jī)床、加工中心等使用的各種夾具，組裝簡(jiǎn)單靈活[3]。這種夾具可以保證在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準(zhǔn)確定位，并且具有較高的剛度和精度，能夠保證在粗加工時(shí)使用大切削量，在精加工時(shí)更好地保證工件定位面和加工表面之間的位置精度。這種夾具還能保證工件在一次定位裝夾中加工多個(gè)表面，甚至是加工全部表面，也可以一套夾具同時(shí)裝夾多個(gè)工件進(jìn)行加工，減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床、加工中心等的高效性能[3]。

3 組合夾具元件分類

按元件定位連接形式不同，組合夾具主要分成槽列組合夾具和孔系列組合夾具兩大類型。

槽列組合夾具是上世紀(jì)四十年代發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)鍵與槽來(lái)確定元件之間相互位置的一種組合夾具（靠槽定位、螺栓緊固）[3]。沈陽(yáng)黎明公司在槽系列組合夾具的功能開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。槽系列組合夾具的優(yōu)點(diǎn)是拼裝方便，調(diào)整簡(jiǎn)單，對(duì)工人技術(shù)水平要求低，適應(yīng)各種復(fù)雜零件的復(fù)雜夾具結(jié)構(gòu)。由于槽系列組合夾具是靠元件之間的摩擦緊固，因此它的缺點(diǎn)是與孔系列組件比定位精度比較低，多件組合連接時(shí)強(qiáng)度不好，在大切削量的加工中夾具的承力能力不強(qiáng)，夾具的定位尺寸容易受到運(yùn)輸和使用的過(guò)程中的敲擊和撞擊等外力的影響而出現(xiàn)定位元件產(chǎn)生位移。

孔系列組合夾具是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)銷和孔確定元件之間相互位置的一種組合夾具[4]。由于孔系列組合夾具是以銷和孔定位，故而它優(yōu)點(diǎn)是精度高、剛性好、可靠性好，適合加工精度要求高的零件。由于孔系列組合夾具的裝配主要依靠計(jì)算機(jī)計(jì)算裝配尺寸，因此它缺點(diǎn)是對(duì)組合夾具拼裝人員的技術(shù)水平和組合夾具設(shè)計(jì)人員計(jì)算能力要求高，調(diào)整難度大，裝配效率相對(duì)于槽系列組合夾具低[4]。

綜上比較得出，由于孔系列組合夾具元件自身所具有的高精度的定位精度，高精度的特點(diǎn)，不難看出，用孔系列組合夾具組裝飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)精密零件夾具，更適用解決導(dǎo)向葉片觀察孔加工的問(wèn)題。我們組合夾具站曾經(jīng)用槽系列組合夾具組裝過(guò)幾套夾具，但效果都不理想，加工前三個(gè)葉片時(shí)，孔的位置精度還能保證，但由于槽系列組合夾具的本身不足之處，這幾套槽系列組合夾具在精度和穩(wěn)定性方面都不能滿足加工的要求[4]。這更加堅(jiān)定了我們選用孔系列組合夾具來(lái)解決精密零件的加工問(wèn)題，這樣既保證了零件的精度，又保證了制造周期，還降低了制造費(fèi)用。

4 孔系列組合夾具的分類及設(shè)計(jì)原理

（M16）、中（M12）、小型（M8）三個(gè)系列；基礎(chǔ)件、支承件、定位件、壓緊件、緊固件、導(dǎo)向件、合件、其它件共八類元件。三個(gè)系列均以定位銷定位；定位孔和螺紋孔是規(guī)律分布的，孔距各有不同；孔系夾具元件的定位孔采用鑲套結(jié)構(gòu)。它的設(shè)計(jì)原理是在40mm×40mm定位間距均勻分布的基礎(chǔ)板上，以任意孔為圓點(diǎn)做0.01mm級(jí)差的直線調(diào)整，它的裝配精度能夠滿足夾具積累誤差不大于零件尺寸公差的1/3～1/5?？紫盗薪M合夾具的兩銷一面的剛性定位結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性可與專用夾媲美。

5 結(jié)束語(yǔ)

在工作流程上優(yōu)化專用夾具派工制造的流程，就可從源頭上控制專用夾具的派工數(shù)量，必然會(huì)加大組合夾具推廣力度。在技術(shù)提升上，做好孔系列組合夾具開(kāi)發(fā)拓展，加強(qiáng)組合夾具人才的培養(yǎng)，就能不斷提升組合夾具的技術(shù)能力。現(xiàn)在的沈陽(yáng)黎明公司已經(jīng)采用可循環(huán)使用的組合夾具來(lái)完成工藝準(zhǔn)備過(guò)程，將夾具的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期壓縮為1-2天，可以節(jié)省90%的夾具設(shè)計(jì)制造時(shí)間；節(jié)省95%的夾具制造材料費(fèi)用；節(jié)省90%的夾具存儲(chǔ)保管費(fèi)用和存儲(chǔ)保管場(chǎng)地。目前，沈陽(yáng)黎明公司的組合夾具每年就可以為全公司節(jié)省專用夾具制造費(fèi)用達(dá)到1000萬(wàn)元之多。組合夾具確實(shí)可以大幅度提高新型號(hào)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)速度，能大幅度節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和巨大的夾具制造費(fèi)用，因此組合夾具是解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)快速發(fā)展瓶頸的一種有效途徑，也能為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)快速發(fā)展提供有力的保障。

[1]李增志.組合夾具組裝技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)航空工業(yè)總公司第三0一研究所出版，1997.

[2]趙志鵬，唐匯瑋.UG NX5完全自學(xué)手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3]宋恕良與李天聰合編.組合夾具組裝手冊(cè).保定：國(guó)營(yíng)向陽(yáng)精密機(jī)械廠出版，1985.

[4]孫大涌.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Hole Series Modular Fixture in the New Machine Research App lication

QIMeng-lei
(Liaoning Institute ofMechatronic Technology，Liaoning Dandong 118009，China)

Aircraft engine partsmachining high precision,while using CNC boring and special tooling for processing,themanufacturing costs caused bywaste.This seriesofmodular fixture through hole componentassembly outof the hole seriesmodular fixture to discuss the combination of high-precision partsmanufacturing fixture in the promotion and application process for the aircraftengine company to reduce production costs prepared to explore a shortcut.

tooling；hole seriesmodular fixture；reduce costs

TP216

A

1672-545X（2014）04-0234-02

2014-01-08

齊孟雷（1979—），男，河北衡水人，遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，機(jī)械工程碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化。