一种智能化工件柔性夹持系统的研究

尚文 张尉

1.问题的提出

现代化军事装备技术多样化需求、日益激增的军品任务、不断缩短的订货周期让部分航空公司依然面临巨大的交付压力，如何在现有生产模式下提高生产效率，挖潜数控设备能力是当前亟待研究和解决的重要课题。

作者在对所在公司主制生产厂的数十台数控机床运行情况调研中发现设备开动率不足90%，机床实际切削时间仅占总运行时间的28.68%。在物料、技术、工艺装备三项准备工作中，只有工艺装备的准备暂时无法实现机外准备，最大程度限制了生产效率。主要存在以下几方面原因：

（1）公司为多品种、小批量变频式生产模式，频繁换产增加了工装准备周期，制约了数控设备效率；

（2）新研产品采用轻量化，整体机构化设计，结构复杂、继承性差、组合夹具周期长；

（3）批生产的专用工装多依据普通设备设计，数控设备通用性不足；

2.智能化工件柔性夹持系统与传统机床夹具的区别

随着生产力水平的进一步提高，未来的产品设计中难加工及记忆性材料的应用、异形复杂的零件结构、微变形的焊接技术、无差异的装配理念等涵盖生产各环节的未来制造技术都对夹具发展提出了更高的要求，夹具将集成制造、网络、仿生等技术，具有工艺知识的人工智能综合系统。图1是智能化工件柔性夹持系统的构成设想。

该系统具有以下功能及特点：

（1）系统元件模块化、系列化、信息化；

（2）系统组装智能化、高效化、记忆化；

（3）系统整体刚性好，定位精准迅速；

3.智能化工件柔性夹持系统关键技术

3.1CAD/CAE/Vercuit等计算机辅助技术

计算机辅助技术是系统实现工件装夹过程设计、系统可靠性评估的关键技术。技术人员只需输入零件装夹定位要素，系统便能完成元件调用，对加工过程进行模拟仿真。同时，计算机还可以操作机器人按照系统模拟的结果完成对系统内各元件的组装工作。

3.2信息化集成技术

信息集成技术可实现SmarTeam、智能化工件柔性夹持系统以及ERP系统的数据交换，建立机床、工件、夹具、检测等各相关系统的数字化协同制造网络单元。

3.3系统元件定位、紧固技术

选择气动或液压驱动方式、在孔、槽定位基础上加入锥度配合更能提高其定位精度和稳定性。

3.4其它相关技术

除了冷加工，该系统还可应用于焊接、装配领域。运用具有记忆、相变能力的材料制作系统基础元件可以转移切削抗力、减少零件变形、实现易变形材料的精确定位。

4.案例分析

4.1典型零件

以图2某承座零件为例，该零件在某产品上属于重要结构件，零件6个方向上均布孔系及槽，相邻垂直面间不同孔之间有较高的位置精度。孔距及形位公差如图3所示。

现有工艺方法采用组合夹具由五面体加工中心完成。夹具结构复杂、组装和找正周期长，零件每更换一次都要主轴暂停。

4.2改进方案

采用智能型柔性工件夹持系统，将多个零件以φ28H8孔为基准与多面卡盘体通过标准定位销连接，标准定位销与卡盘采用锥度配合液压夹紧方式。基础板、安装卡盘、定位销等实现系列化、模块化设计、组装。统一的标准接口让操作者在机床外即可完成零件与夹具的安装，大大缩短生产准备时间。如图4所示。

5.结论

智能化柔性工装夹持系统是对传统工艺方法的突破和变革，它改变了准备工作在整个生产过程中的地位和作用，实现了准备、加工同步化；将数字化设计理念引入工装夹具领域，加快了工装设计、装配数字化进程；融合有限元分析及加工过程虚拟检测技术，实现机床、工件、夹具的有机联系。使用于多品种、小批量生产方式，大大提高了生产效率和企业市场竞争力，具有广阔的应用前景。