飛機(jī)結(jié)構(gòu)件機(jī)械加工柔性?shī)A具系統(tǒng)探究

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摘 要：近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，柔性?shī)A具被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造行業(yè)當(dāng)中。柔性?shī)A具一般應(yīng)具備氣動(dòng)或液壓夾緊功能，并與數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)和控制上集成一體，大大減少了傳統(tǒng)央具的數(shù)量，降低了成本，提高了切鉆的效率和質(zhì)量，為數(shù)字化應(yīng)用水平的提高起到了推動(dòng)作用。文章對(duì)飛機(jī)柔性?shī)A具的應(yīng)用展開(kāi)了探討，望對(duì)我國(guó)的航空制造水平的提高能有所幫助。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)構(gòu)件；機(jī)械加工；柔性?shī)A具系統(tǒng)

作為國(guó)家的戰(zhàn)略性發(fā)展產(chǎn)業(yè)，航空工業(yè)一直是國(guó)家國(guó)防預(yù)算中非常重要的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。先進(jìn)的航空產(chǎn)品不僅可以在技術(shù)層面有效推動(dòng)加工、生產(chǎn)、電子、機(jī)械等領(lǐng)域，還可以在經(jīng)濟(jì)上提升國(guó)民生活水平，保證社會(huì)的進(jìn)步。在航空工業(yè)中，飛機(jī)制造可作為生產(chǎn)的典型，而其中夾具在其生產(chǎn)過(guò)程中的地位舉足輕重。夾具是一種機(jī)械設(shè)備，一方面對(duì)加工的工件進(jìn)行定位和固定，由此保證在實(shí)際加工過(guò)程中，工件的精度較高；另一方面還可以用于工件的檢測(cè)，有利于確定加工的工件尺寸合格率。

1 飛機(jī)柔性?shī)A具

1.1 按結(jié)構(gòu)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(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的夾具種類。柔性組合夾具具有模塊化、通用度高的特點(diǎn)。通過(guò)組合已生產(chǎn)好的不同形狀、尺寸、型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)零件，使其成為適用于不同生產(chǎn)要求的零件的夾具。一方面，這種夾具可以通過(guò)組合形成專用夾具；另一方面，也可通過(guò)替換零件的方式組合形成可調(diào)節(jié)式的夾具。同時(shí)，柔性組合夾具還具有可拆卸、重復(fù)使用、可清洗的特點(diǎn)。一般情況下，柔性組合夾具的設(shè)計(jì)、組合時(shí)間不大于專有夾具使用時(shí)間的1/5，因此應(yīng)用面受限小且受到廣泛好評(píng)。

（2）拼裝夾具

相較于組合夾具，拼裝夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，數(shù)控加工中使用拼裝夾具較為普遍。拼裝夾具是在已有基礎(chǔ)件的基礎(chǔ)上，通過(guò)與其他通用化的元件拼裝形成模塊化的夾具。針對(duì)不同的產(chǎn)品工件，拼裝夾具使用的模塊化結(jié)構(gòu)存在較大差別。

1.2 按孔槽分類

由于表面分網(wǎng)絡(luò)孔系和槽系，柔性?shī)A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(guò)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(diǎn)。由于孔系夾具可以更好地提供編程原點(diǎn)，其被廣泛用在數(shù)控機(jī)床上。相較于孔系夾具，槽系夾具的優(yōu)勢(shì)在于調(diào)整性能強(qiáng)，可應(yīng)用的范圍較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件主要為數(shù)控的加工方式，因此孔系柔性?shī)A具使用較多。

2 柔性?shī)A具系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件在生產(chǎn)制造中多以數(shù)控加工，尤其數(shù)控銑削的方式呈現(xiàn)；以機(jī)翼大梁、框、對(duì)接接頭等結(jié)構(gòu)件為例，生產(chǎn)精度要求高、零件壁厚薄、結(jié)構(gòu)槽腔多、曲面較多且零件尺寸大，柔性?shī)A具的出現(xiàn)保證了大型結(jié)構(gòu)件的高效完成，降低了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

2.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及重要性

柔性?shī)A具的出現(xiàn)在一定程度上保證了夾具的循環(huán)利用，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。與專用夾具相比，它有利于庫(kù)房分類管理及設(shè)計(jì)分類，解決了專用夾具體積大、不可互換的問(wèn)題。綜合其優(yōu)點(diǎn)，主要為精度高、通用、適用范圍廣、生產(chǎn)成本低且效率高等。

（1）精度高

柔性?shī)A具在組合或拼裝后，無(wú)論在尺寸還是幾何結(jié)構(gòu)方面，都具有很高的精度，這種高精度的優(yōu)勢(shì)直接體現(xiàn)在生產(chǎn)的工件精度高、尺寸準(zhǔn)。以2m左右的大型工件為例，當(dāng)夾持的方案選用合理時(shí)，夾具無(wú)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(nèi)。

（2）通用循環(huán)

由于柔性?shī)A具可組裝可拼裝，其內(nèi)部夾具零件可以相互更換。當(dāng)出現(xiàn)某一部位夾具磨損嚴(yán)重時(shí)，可通過(guò)替換該零件的方式延長(zhǎng)柔性?shī)A具的使用壽命。同時(shí)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(jī)械加工中車、磨、刨等均可使用柔性?shī)A具，同時(shí)在劃線、裝配、檢驗(yàn)、焊接等工序中也使用到了大量的柔性?shī)A具。

2.2 應(yīng)用發(fā)展

（1）計(jì)算機(jī)輔助

由于柔性?shī)A具近幾年才出現(xiàn)，目前還缺少完備的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，夾具的設(shè)計(jì)方案大多采用手工的方式。這一現(xiàn)狀造成的直接后果為設(shè)計(jì)人員效率不高且工作量大，設(shè)計(jì)質(zhì)量也大多依靠于工作人員多年的經(jīng)驗(yàn)及習(xí)慣。針對(duì)不同的零件，可能存在較為簡(jiǎn)單的夾具組裝法，但由于人工生產(chǎn)方式的弊端，難以迅速精準(zhǔn)地定位夾具組合方法。

目前，已有研究人員針對(duì)柔性?shī)A具計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，幫助其生產(chǎn)流程管理與夾具元件的分類檢索。這種系統(tǒng)有助于已有夾具的歸類整理，避免重復(fù)設(shè)計(jì)及耗費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行搜索，因此也將在今后的夾具設(shè)計(jì)中起到很大的作用。

（2）自動(dòng)化

目前主要還是采用人工的生產(chǎn)方式完成零件的裝夾工作。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，部分零件的裝夾時(shí)間甚至比工件切削所需時(shí)長(zhǎng)還要多。生產(chǎn)效率低下是目前夾具裝備的主要問(wèn)題之一。如何提高夾具自動(dòng)化程度，將其與數(shù)控機(jī)床的控制協(xié)調(diào)一致是柔性?shī)A具發(fā)展時(shí)亟待解決的問(wèn)題。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化模塊化

目前已有的柔性?shī)A具標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化仍有待提高。由于生產(chǎn)方式的局限性，大多數(shù)柔性?shī)A具的設(shè)計(jì)還未達(dá)到最佳狀態(tài)，即使用最少的標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件滿足盡量多的工序要求。而這種現(xiàn)象也與夾具元件的管理流程混亂有一定關(guān)系，當(dāng)管理檢索已形成較完備的系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)及工作人員可根據(jù)不同類別的柔性?shī)A具元件完成更精準(zhǔn)、簡(jiǎn)便的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié)語(yǔ)

柔性?shī)A具的設(shè)計(jì)與使用是未來(lái)飛機(jī)制造的主流趨勢(shì)，組合及拼裝是實(shí)現(xiàn)柔性化加工的重要手段。在未來(lái)的生產(chǎn)中，融入計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、三維數(shù)字化及數(shù)控自動(dòng)化技術(shù)是柔性?shī)A具系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，完美地實(shí)現(xiàn)柔性?shī)A具系統(tǒng)的構(gòu)建還任重道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司）