一(yi)直在(zai)面對產(chan)品質量、交貨期、生產(chan)管(guan)理(li)等嚴苛挑(tiao)戰，“十四五”發展(zhan)規劃中，航空(kong)工業還作出了(le)打造(zao)“數智航空(kong)”新業態的戰略部署。必須由(you)傳(chuan)統加工向自動化、數字化加工轉型。從頂(ding)層設計到具體工藝(yi)(yi)，極其注重整(zheng)體生產(chan)工藝(yi)(yi)優化的可(ke)持(chi)續性，技術(shu)團隊(dui)突破以投資優化為(wei)主(zhu)導的傳(chuan)統理(li)念(nian)，進一(yi)步(bu)在(zai)提升機床利用(yong)率、自動上下(xia)料等方(fang)面動腦筋，以小博大(da)。
南京航空航天大學(xue)機電學(xue)院李(li)亮教授曾(ceng)(ceng)指(zhi)出：“隨著(zhu)理念(nian)的實踐(jian)深入，曾(ceng)(ceng)一(yi)度(du)被忽(hu)視的工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)夾具(ju)，在(zai)工(gong)(gong)藝流程中的重(zhong)要性(xing)突顯，以(yi)‘小工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)’撬(qiao)動整個產(chan)線自動化(hua)升級的應用(yong)更是屢見不鮮。柔性(xing)、精密、標準(zhun)、智(zhi)能是現(xian)代工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)夾具(ju)的發(fa)展方向(xiang)，模塊化(hua)工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)應用(yong)代表了(le)發(fa)展所趨，有利于(yu)企(qi)業加速進(jin)行(xing)深度(du)數字(zi)化(hua)、智(zhi)能化(hua)生產(chan)。”
如圖1所示(shi)，該款殼體零(ling)件有著鏤(lou)空的(de)(de)圓柱體形(xing)狀，以及(ji)左右兩側對(dui)稱且帶有圓孔的(de)(de)耳片結構。在(zai)原有的(de)(de)工(gong)藝方案中(zhong)，此零(ling)件的(de)(de)定(ding)(ding)位(wei)基準使用(yong)的(de)(de)是零(ling)件內孔齒(chi)頂圓及(ji)定(ding)(ding)位(wei)工(gong)藝孔。
裝(zhuang)夾(jia)(jia)時，選用傳統(tong)“一面(mian)兩銷”的裝(zhuang)夾(jia)(jia)方式，當一次裝(zhuang)夾(jia)(jia)后，加(jia)(jia)工(gong)(gong)零(ling)件的上表面(mian)內腔及(ji)外輪廓；加(jia)(jia)工(gong)(gong)完成(cheng)后，人工(gong)(gong)換裝(zhuang)以加(jia)(jia)工(gong)(gong)下表面(mian)內腔；而(er)后再拆裝(zhuang)兩次，完成(cheng)左(zuo)、右耳片輪廓及(ji)孔的加(jia)(jia)工(gong)(gong)。至整個零(ling)件加(jia)(jia)工(gong)(gong)完成(cheng)，需要兩套(tao)夾(jia)(jia)具主體（如圖2），以及(ji)4次人工(gong)(gong)裝(zhuang)夾(jia)(jia)操作。
圖1殼(ke)體機構復(fu)雜(za)圖2夾(jia)具主體
“傳統裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)最大問題就是產(chan)品裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)(jia)與產(chan)品換(huan)型(xing)的(de)(de)(de)(de)效率低(di)下(xia)。以此零(ling)件(jian)為例，加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)人工(gong)(gong)裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)大概(gai)在(zai)5分鐘，4次裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)(jia)就是20分鐘。另外(wai)，在(zai)加(jia)工(gong)(gong)完成后需(xu)(xu)要更(geng)換(huan)另一型(xing)號零(ling)件(jian)時(shi)(shi)，由(you)于現有夾(jia)(jia)具(ju)的(de)(de)(de)(de)齒頂圓定位芯軸與夾(jia)(jia)具(ju)本體為固定裝(zhuang)(zhuang)配，不能用于其(qi)他(ta)直徑的(de)(de)(de)(de)零(ling)件(jian)，因(yin)此需(xu)(xu)要進行包括拆(chai)卸清理(li)、更(geng)換(huan)夾(jia)(jia)具(ju)、裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)(jia)找正等長達(da)11道(dao)工(gong)(gong)序的(de)(de)(de)(de)重新裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)(jia)操作，所需(xu)(xu)時(shi)(shi)間(jian)更(geng)是超(chao)過60分鐘。
圖(tu)3傳統裝(zhuang)夾方式下產品換型流程圖(tu)
過(guo)度依(yi)賴人工裝(zhuang)夾(jia)，所(suo)帶來的(de)另一大(da)問題(ti)就是加(jia)工精度的(de)不(bu)穩定(ding)。由于(yu)操作人員技(ji)能(neng)水(shui)平的(de)差(cha)異(yi)，在產(chan)品換型裝(zhuang)夾(jia)、找正夾(jia)具(ju)精度上會產(chan)生(sheng)偏差(cha)，造成(cheng)(cheng)定(ding)位基準不(bu)一致，由此(ci)而帶來的(de)加(jia)工質(zhi)量不(bu)穩定(ding)的(de)情況時常出現。除此(ci)之(zhi)外，還有(you)傳統(tong)夾(jia)具(ju)通用性差(cha)所(suo)引起的(de)夾(jia)具(ju)庫存大(da)、成(cheng)(cheng)本(ben)浪費(fei)，以及可(ke)插拔定(ding)位銷易對夾(jia)具(ju)本(ben)體(ti)和(he)銷子(zi)造成(cheng)(cheng)磨(mo)損(sun)，降低夾(jia)具(ju)定(ding)位精度等(deng)多種問題(ti)困擾。
全新方案設計：零點(dian)快換(huan)系(xi)統+芯(xin)軸+快換(huan)拉(la)釘
零點快換(huan)系統是當(dang)前工(gong)裝夾具標準(zhun)化趨勢下的(de)(de)(de)一項創(chuang)新技術，是機(ji)床工(gong)作臺與工(gong)件(jian)（或(huo)夾具）的(de)(de)(de)一個標準(zhun)接(jie)口(kou)，在(zai)數秒內，即可(ke)通(tong)過一個或(huo)多個定位(wei)銷(xiao)將(jiang)工(gong)件(jian)、夾持(chi)(chi)裝置、托盤與機(ji)床端的(de)(de)(de)夾持(chi)(chi)系統快速(su)緊(jin)固連接(jie)，精確(que)地(di)夾緊(jin)在(zai)設(she)備中，從而提(ti)升(sheng)不同工(gong)藝的(de)(de)(de)轉化和設(she)備連接(jie)的(de)(de)(de)通(tong)用(yong)性，將(jiang)整個制(zhi)造資源(yuan)的(de)(de)(de)匹配最(zui)大化。
這一(yi)夾(jia)持方案(an)（如圖4），在不(bu)改變原(yuan)有工(gong)(gong)藝(yi)方案(an)及定位基準的情況下，通(tong)過(guo)由基礎底座(zuo)、零點(dian)定位器(qi)、液壓芯(xin)軸、零點(dian)快換(huan)(huan)拉釘和(he)變徑套組(zu)成的工(gong)(gong)裝(zhuang)系統，實現一(yi)次裝(zhuang)夾(jia)加(jia)工(gong)(gong)3個表面(mian)(mian)，再(zai)通(tong)過(guo)零點(dian)快換(huan)(huan)的方式，快速(su)切(qie)換(huan)(huan)到工(gong)(gong)件反面(mian)(mian)與側面(mian)(mian)的加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)位，大(da)大(da)簡化了原(yuan)有的裝(zhuang)夾(jia)流程，提升了裝(zhuang)夾(jia)效率與精度。
圖4“零點定位(wei)系統+芯軸+快換拉(la)釘”夾持方案
零件在機床外通過液(ye)壓芯軸鎖緊后(hou)，利(li)用零點快換(huan)方式安裝于4軸的工(gong)作臺(tai)上，而后(hou)只需將(jiang)角向(xiang)限位安裝到位，即可(ke)開始加工(gong)產(chan)品的正面(mian)輪廓(kuo)。一面(mian)加工(gong)完成后(hou)，再通過簡(jian)單的4軸正、負向(xiang)旋轉90°，實現兩(liang)側(ce)耳片輪廓(kuo)的切削加工(gong)。
產(chan)品(pin)反面特征的加工(gong)則更為便捷(jie)，也是此(ci)新方案的一大亮點。根(gen)據(ju)零(ling)件的結(jie)構(gou)特征，在液壓芯軸的的正反兩(liang)側(ce)均制(zhi)作(zuo)了快換(huan)接口，當正面輪(lun)廓加工(gong)完成后(hou)，只需(xu)將芯軸調換(huan)180°，即(ji)可立即(ji)對工(gong)件反面進行夾(jia)(jia)持加工(gong)，這樣創新性(xing)的設計思路不僅最大程度提升了裝夾(jia)(jia)效率，也將夾(jia)(jia)具的柔性(xing)無限拓展。當外輪(lun)廓與(yu)正反面特征均加工(gong)完成后(hou)，將夾(jia)(jia)具側(ce)置安裝在4軸加工(gong)中心的法(fa)蘭上(shang)，通過4軸的旋轉，可最后(hou)完成產(chan)品(pin)兩(liang)側(ce)耳(er)片(pian)上(shang)斜孔的加工(gong)。
在產(chan)品換(huan)(huan)(huan)(huan)型的(de)裝夾(jia)中，對于不(bu)同(tong)(tong)齒頂圓直徑的(de)零(ling)件(jian)也無需再(zai)更(geng)換(huan)(huan)(huan)(huan)整個(ge)夾(jia)具(ju)(ju)主體，只需在一套夾(jia)具(ju)(ju)基(ji)礎底(di)座上增加零(ling)點(dian)快(kuai)換(huan)(huan)(huan)(huan)系統和可移動定位(wei)(wei)銷，同(tong)(tong)時通過更(geng)換(huan)(huan)(huan)(huan)芯(xin)(xin)軸和芯(xin)(xin)軸的(de)變徑套以及端面定位(wei)(wei)裝置，調整定位(wei)(wei)銷位(wei)(wei)置或更(geng)換(huan)(huan)(huan)(huan)不(bu)同(tong)(tong)規格定位(wei)(wei)銷即可實現不(bu)同(tong)(tong)零(ling)件(jian)的(de)快(kuai)速更(geng)換(huan)(huan)(huan)(huan)與夾(jia)緊。
柔性、復用的模塊化工裝帶(dai)來極(ji)致高效
通過(guo)模塊化零點快換(huan)裝夾方(fang)案，工件在加工中(zhong)人工裝夾的操作(zuo)時(shi)間從(cong)原(yuan)來(lai)的5分鐘縮(suo)短至1分鐘，在產品換(huan)型(xing)時(shi)的裝夾中(zhong)，由于(yu)無需更換(huan)夾具(ju)底(di)座并重(zhong)新找正，裝夾效率顯(xian)著提高，時(shi)間從(cong)60分鐘大幅縮(suo)短至10分鐘。
圖5時間對比表
同(tong)時(shi)，基于零(ling)(ling)點定位系統和液壓芯軸的配(pei)合，不同(tong)零(ling)(ling)件的換(huan)型裝(zhuang)夾操作可在機(ji)床外進行(xing)。在實際生(sheng)產過程(cheng)中，可實現(xian)一套在機(ji)內加(jia)工(gong)，一套在機(ji)外裝(zhuang)夾工(gong)件，如發現(xian)工(gong)件需要返工(gong)時(shi)，也(ye)可以將芯軸和工(gong)件二(er)次裝(zhuang)入機(ji)床，直接(jie)加(jia)工(gong)。無需停機(ji)等待的優勢更(geng)進一步提升了(le)(le)(le)機(ji)床利用(yong)率、提高了(le)(le)(le)加(jia)工(gong)效率。另外，用(yong)一套夾具覆(fu)蓋43種同(tong)類型產品，替換(huan)原有的28套夾具的強大通用(yong)性，大大減少了(le)(le)(le)夾具庫存(cun)，降(jiang)低了(le)(le)(le)成(cheng)本投入，也(ye)為日后批量生(sheng)產奠(dian)定了(le)(le)(le)基礎。
圖(tu)6優化后產品(pin)換型的流程(cheng)
圖7批生產加工流程
與傳統(tong)依(yi)賴人工手(shou)動裝夾、找(zhao)正相比，液壓芯(xin)軸的(de)定位(wei)精(jing)度(du)小于0.003mm、零點定位(wei)系統(tong)的(de)重(zhong)復精(jing)度(du)在(zai)0.002mm以內(nei)，雙重(zhong)精(jing)度(du)的(de)保(bao)障使得產品在(zai)實現(xian)快速換型的(de)同時(shi)，工件的(de)良率以及穩定性(xing)、經濟性(xing)都得到(dao)了大幅提升。