柔性夹具系统

柔性夹具系统（精选4篇）

柔性夹具系统 篇1

摘要：空气座多品种、批量生产时, 存在产品精度不易控制、生产效率不高等问题, 通过产品结构分析, 设计出一套柔性夹具系统, 使用该系统夹持, 可以提高产品精度和生产效率, 同时实现生产与教学过程紧密结合, 加深学生对实际工作过程的理解与掌握。

关键词：空气座,柔性夹具系统,精度,效率

笔者以对外服务产品空气座生产加工为研究对象, 设计加工其柔性夹具系统, 进行了图纸设计、系统功能原理的校验、组装系统的零部件加工、柔性夹具系统的组装、系统动作的实现与调整、系统的再设计等, 并应用这个系统装夹座体进行加工, 对加工好的空气座进行质量检验。经检验, 该夹具系统达到了设计目的。产品的精度及互换性虽然达到对方要求, 但生产率及产品尺寸不一致导致的精度问题一直满足不了对方要求, 影响因素主要有:产品的毛坯形状不规则, 导致每个座体加工前都要对刀, 夹具调整时间较长;装夹座体, 人工劳动量大;产品的毛坯尺寸一致性不好, 导致精加工时要求部位的精度不易控制。

1 空气座夹具改进前的工作原理

图1为空气座实体装夹示意图, 工件先被装在平板上 (定位元件已固定位置) 以实现定位, 之后通过两边的压板进行座体压紧, 再启动设备进行加工。

图2、图3分别为空气座体零件图及其工作原理装夹示意图, 通过分析, 加工同一类型工件, 座体定位面 (原毛坯面) 的精度影响了座体加工之后的加工部位相对其他部位的尺寸精度, 这是因为在数控机床上对刀结束后, 同类其他待加工工件不再对刀。如图4所示, 如果y向定位面的尺寸误差为&y, 则座体加工之后的y尺寸就变为y+&y。欲使尺寸保持不变, 则需要重新根据此情况对刀, 这样做, 一是效率降低, 二是必须专门检查哪一个产品有误差, 并根据误差调整加工坐标系原点。X向同理。根据图3可知, 人工手动分别对4个夹紧元件进行操作, 人工辅助时间较长, 体力劳动强度大。

2 空气座夹具改进后的工作原理及应用

为了解决尺寸精度与效率问题, 采用图5所示的装夹原理, 座体放在支撑板上之后, 摇动手轮, 让传动轴座体先被X向定位块1, 2定位, 再被Y向定位块1, 2定位;继续摇动手轮, 座体即被夹紧机构自动夹紧。

此机构的优点:

(1) 座体被放到支撑板上之后, 通过摇动手轮一个动作, 即实现定位、夹紧, 装夹方便, 人工劳动强度轻。

(2) X, Y向的定位机构同时对座体进行定位, 即对称定位。X向的两个定位块同时对座体的两个毛坯面进行定位, 之后Y向的两个定位块同时对座体的两个毛坯面进行定位, 该方式最大的优点是把图4中 &x, &y的误差均匀化, 即x, y尺寸把毛坯的误差平均化, 以使座体尺寸精度和形位精度向要求精度方向逼近。只要工件规格相同, 一次对刀就能解决所有座体的对刀问题。

(3) 该机构是通过一个手轮动作实现工件的定位及夹紧, 操作方便。

组装完成图5所示机构之后, 发现通过一个手轮实现座体的定位与夹紧, 机构动作不顺畅, 原因是零部件的制造精度、支撑板的精度不高。因此, 为保证图5动作可靠, 要极大提高零部件的制造精度, 并保证支撑板在长期使用过程中不变形, 这些实现起来成本较大。针对此现象, 采用图6所示机构, 在X向增加一个手轮。即摇动Y向手轮, 座体先Y向定位;之后再摇动X向手轮, 座体先被定位, 再被夹紧。这样就简化了中间机构, 实现了该夹具系统的功能。

3 本研究与实践过程中解决的关键问题

3.1 系统功能原理设计方面

X和Y两个方向的传动系统, 既实现工件的定位, 又实现工件的夹紧。初始设计时:一个Y向手轮实现X和Y两个方向的定位, 夹紧。更新设计后:设置两个手轮, 一个Y向手轮实现Y向定位, 另一个X向手轮实现X向定位及工件的夹紧。

3.2 机械加工夹具系统零部件方面

伞形齿轮形状复杂、模数小, 需要专用设备加工, 图纸设计好后, 采取外协方式。

支撑板件有两个功能:一是定位, 二是支撑并连接工件与机床。本支撑板尺寸大, 在V1060设备上加工需要二次定位与夹紧。

3.3 零件图纸CAD化与计算机仿真技术结合

所有零件用solid edge软件造型, 通过该软件模拟仿真装配过程, 检查零件结构设计是否合理、机构运转是否正常等, 为实物顺利装配奠定基础。

3.4 安装、调试整个系统方面

由于所有零部件是按图纸进行加工的, 在实际装配中存在一些配合上的误差、动作实现不精确, 所以对部分原设计进行了必要改动, 对一些零件进行了钳工修配等。

4 结束语

通过“空气座柔性夹具系统设计及应用”的研究与应用, 技术层面上满足了生产要求的特点;教学研究层面上, 体现了“产学”结合的特点。柔性夹具系统集设计、零部件加工、装配、调试、原材料和标准件采购及工件加工于一体的工艺过程, 把生产过程与教学过程紧密结合, 加深了对外技术服务的过程理解, 对基于工作过程教学模式的开展奠定了基础。

参考文献

[1]华茂发.数控机床加工工艺[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[2]燕山大学.机床夹具设计手册[M].上海:上海科学技术出版社, 2002.

[3]张展.非标准设备设计手册[M].第二册.北京:兵器工业出版社, 1994.

柔性夹具系统 篇2

随着计算机技术和 CAD 技术的发展, 特别是焊接产品的数字化, 焊接夹具已经发展到数字化工装设计阶段[1], 即在工装的设计与制造过程中采用数字量传递尺寸。由于管件、钣金件等空间位置较复杂零件在成形角度上大多采用焊接工艺, 所以对此类零件来说, 进行三维数字化焊接夹具CAD系统的开发是很有必要的。目前的一些焊接夹具系统仅仅提供了焊接夹具设计的辅助设计工具, 加快了设计的效率。然而这些系统停留在局部的辅助设计上, 没有能够提供一个完整的设计系统以支持焊接夹具过程的自动化[2,3,4]。因此建立一款针对管件空间走向复杂特点开发的适应于管件焊接专用的CAD系统是非常有必要的。本文利用基于实例推理技术, 将以往取得的经验应用于新问题的解决, 为提高系统的敏捷性提供一个行之有效的方法。

1系统开发概述

由于管件、钣金件等空间位置较复杂零件在成形角度上大多采用焊接工艺, 所以对这类零件来说, 进行三维数字化焊接夹具CAD系统的开发是很有必要的。

在管件焊接夹具CAD设计中, 存在的问题主要表现在:

1) 将 CAD 系统作为建模工具, 大量的时间花费在绘图和建模中, 设计人员设计效率低, 重复劳动多;

2) 对设计资源的利用不够, 大量的设计实例、零部件实例以及设计数据由于缺乏管理和重用, 因而无法得到有效利用, 造成设计周期长;

3) 设计经验和设计知识的保存缺乏完整的系统支持, 致使设计过多的依赖设计人员的设计水平。随着人员流动, 大量的设计经验和技术流失。

因此, 夹具设计人员迫切需要一款针对管件空间走向复杂特点开发的适应于管件焊接专用的CAD系统。

利用数字虚拟制造技术开发的管件焊接夹具CAD系统的功能需求如下:

1) 系统能够根据管件特征和装配特征等特征数据, 生成相应的工装夹具的结构配置方案。并能提供夹具调整示意图、使用说明与可换件清单;

2) 能够生成夹具装配图与零件图的模型与工程图, 对一些典型夹具可以自动生成夹具模型与工程图, 对非典型夹具可以交互生成夹具模型与工程图;

3) 平台应包括常用的非标夹具元件模型库、标准件库、典型夹具库、数据库等;

4) 平台应能够实现夹具及其元件的检索, 档案资料管理。

本系统 (管件焊接柔性夹具CAD系统) 的开发是将以UGS公司的Solid Edge作为系统开发的支撑环境;利用Visual Basic作为系统开发的编程语言;并且利用SQL Sever 2000作为数据库管理系统。管件焊接柔性夹具CAD系统的逻辑结构见图1。

2CBR在系统中的应用与实施

2.1基于实例推理技术简介

基于实例的推理 (CBR) 是人工智能领域中一种重要的基于知识的问题求解和学习方法。而基于实例的推理 (Case-based Reasoning, CBR) 起源于Schank[5]于1982年提出的关于人和机器学习的动态存储理论, 其本质是利用旧问题的解来解决新问题。CBR原理实际上是:将问题及其解组成一个实例, 并将其存储的实例库中, 对一个新问题进行求解时, 先将新问题按某种特定方式进行描述, 然后到实例库中寻找与之相似的旧实例, 再按某种算法找出最相似的旧实例作为新问题的匹配, 将其解作为新问题的建议解;通过对建议解进行修改、校订, 得到新问题的确认解。于此同时, 新问题及其确认解又作为一个新实例存入实例库, 功其他新问题的求解使用。因此CBR系统具有学习功能。CBR结构示意图如图2所示[6]。

在基于知识的环境中, CBR具有很多优点。基于实例推理中的知识表示是以实例为基础的, 实例的获取比规则的获取容易, 这样大大简化了知识的获取。对过去求解结果进行复用, 而不是从头推导, 可以很快地得到问题的解答, 可以提高问题的求解效率。过去求解成功或失败的经历可以为当前的问题提供借鉴, 指导问题的求解, 避免重复发生错误, 以提高问题的求解质量。

2.2CBR在系统中的应用

本文将人工智能领域中的基于实例推理 (CBR) 技术引入管件焊接柔性夹具CAD系统, 因其提高了系统对新实例的求解速度, 因此会提高系统的智能化。其中CBR模块在系统中具体的建模步骤:

1) 输入管件参数 (如图4管件E-R图所示) , 通过此信息去检索实例库。

2) 根据相似度评定规则库中的规则来判断所输入的实例信息与实例库给出的实例相似程度, 如果满足相似条件, 则对从实例库中获得的实例信息进行修改 (由焊接夹具元件库和焊接夹具元件组合库提供支持) , 并获得设计结果, 将修改后的结果存入元件库, 形成新的实例。

3) 如果不满足相似条件, 则人工设计, 并得到最后的结果, 将得到的结果存入规则库, 形成新实例 (流程框图见图3所示) 。

2.3CBR在系统中的实例表示

如何表示实例是CBR系统的一个重要问题。根据具体问题的不同, 实例的表示方法也有所不同。一般要求实例的表示至少应包括两方面的内容, 即问题及其目标的描述和问题的解决方案。在管件焊接中, 主定位装夹系统中的功能是完成焊接结构和焊接接头的准确定位并夹紧, 它主要考虑的是工件的形状特征、焊接结构接头特征、装配特征和焊缝特征等。而在这几种特征中最重要的是焊接时的焊缝特征, 这直接影响着装夹的方案。通常在焊接管件中要用到的参数为管件的内径、外径及管距底面的距离等参数 (如图5所示) ;获取这些参数后, 就可以通过这些参数去选用相关的夹具元件, 确定夹具位置, 从而最终完成夹具体的装配。前者为问题及其目标的描述, 后者为问题的解决。问题描述部分应包括尽量多的相关信息, 以使求解的问题得到准确、全面的描述, 同时又应简洁可行, 以便后来的的实例检索及解决方案的重用;解决方案部分也应尽可能多地包含解决所求解问题的各种有用信息。

2.4元件实例库的建立

在本系统中如果对于元件库中的焊接元件采用特征建模, 则可能会给元件库的建立带来较大的困难。因为元件的特征比较复杂, 而且在建模设计中包含草图、基准、曲面和实体等各类特征, 如果直接使用程序来生成部件的三位参数化模型将会非常繁琐、复杂。

在零部件的设计过程中, 设计者可以建立设计需求的必备条件, 之后即可在模型的组成部分之间通过表达式来体现正确的关联和约束[7]。

综合上面分析, 本系统将采用特征建模及参数化相结合的方法, 建立焊接元件实例库 (即元件库) 。具体步骤如下:

1) 焊接元件库的元件通过Solid Edge的交互界面来创建, 而不是由程序来创建。

2) 在创建好的三维模型的基础上, 根据部件的设计要求建立一组可以控制三维模型形状和大小的设计参数。并将这些参数存入后台数据库的数据表中。

3) 通过对参数的修改 (在用户交互界面上的修改) , 从而可以得到符合条件的实例模型。

2.5实例的检索与存储

2.5.1 实例的检索

实例检索就是根据给定的问题描述, 利用实例检索, 从实例库中寻找适合当前为题的最相似实例。为达此目的, 实例索引必须具有高度概括性, 能代表实例的主要特征;此外检索内容必须充分、具体, 便于识别和操作。索引的选取与应用领域密切相关, 索引的选取也会影响实例的组织。因此检索算法的优劣将直接影响系统的效率和可用性。实例的检索需要依靠索引和实例库组织结构的指导;根据对管件相似性的分析, 将管件的检索参数定位弯管外径、弯管内径、弯管个数、直管外径、直管内径、直管个数、管距底面距离、距地面距离的数目 (见图4管件的E-R图) 。通过这些管件特征参数可使一个管件实例区别与其他管件实例。这些参数将存放在管件特征参数数据库中。

本系统采用了平行检索方式, 即平行检索时, 所有参数同时起作用, 无主次之分, 凡满足平行检索条件的实例为最相似实例。利用平行检索可直接对数据库所有记录进行遍历以获得最佳元件实例及元件实例组合, 检索速度块, 操作简单。应用检索参数对实例库进行检索是通过ODBC技术实现的。该技术采用标准函数和结构化查询语句对数据库进行操作, 而不必关心“数据源”来自何种数据库管理系统, 所有的数据库底层操作均有相应的驱动程序完成[8]。

2.5.2 实例的存储

实例的存储方法决定了实例表达和检索的方式, 需要存储的实例包括两部分内容:①原型实例, ②基于实例设计出结果也作为原型实例存储在实例库中。这样扩充了实例库的内容, 从而体现了CBR的学习能力。

本文实例的存储虽然采用管件参数与焊接元件模型分别存储, 但保证管件的参数与焊接元件参数共用一个数据库。由于数据的参数传递是从系统到支撑软件Solid Edge的单项传递, 所以参数存储的方法是采用新建模型的方法。实例检索参数是根据实例相似性得到的用于提取最相似实例的参数, 它是从特征模型中提取的管件特征参数 (见图6) 。由于焊接元件参数化特征模型的参数数据库中包含了实例检索的所有参数, 因此数据库中的每一条记录就是一个实例的索引, 而实例则以Solid Edge模型文件的形式保存在特定的目录下。

将基于以上实例检索算法的CBR应用于管件焊接柔性夹具CAD智能系统的研究开发, 能够很好地解决管件实用案例库的搜索、匹配、利用和完善的难题, 当设计师面对新任务时, 利用基于以上实例检索算法的CBR可以很快从管件实用案例库中匹配到最适合管件的实例, 为智能化夹具CAD奠定基础。

2.6实例的评价与修改

2.6.1 实例的评价

从实例库中提取的实例需经过实例评价, 对于评价结果不满意的实例则应进行修改。实例评价内容主要为功能评价。主要用于测评生成的实例在功能方面对设计要求的满足程度以及参数的合理性等。

2.6.2 实例的修改

实例的修改是对实例提取阶段选取的相似实例进行必要的修改以适应新设计要求的过程。实例的修改可分两步进行:首先确定新设计与检索出的实例之间的差异;然后以检索出的实例为起点进行修改。而实例的修改可采用两种方法:

1) 人工干预法, 即由设计者对设计实例进行人工修改;

2) 基于知识的修改方法, 即修改过程可使用具体的领域知识和与领域无关的知识。

本系统的实例修改主要采用人工干预法。本系统采用的参数修改法和组合修改法, 经过修改完善后的新实例就是符合设计要求的焊接元件。

3结论及展望

基于实例推理技术的管件焊接柔性夹具CAD系统因其避免了新实例需要重头求解的问题, 而提高了系统的智能化程度。本文介绍了CBR在该夹具CAD系统中的表示方法及元件实例库的建立过程、实例的检索与存储和对实例评价与修改的方法。发现该种方法行之有效。在实例修改过程中, 如何有效的使用基于知识的修改方法还有待进一步的研究。

摘要：针对管件焊接柔性夹具CAD系统中新实例需要重新求解导致的智能化程度不高的问题, 在分析了基于实例推理 (CBR) 技术特点的基础上, 采用CBR技术提高夹具设计系统的设计效率。在阐述了系统开发框架的基础上, 介绍了将基于实例推理 (CBR) 技术应用在该夹具CAD系统中的方法, 并且详细地描述了CBR在该夹具系统中的表示方法及元件实例库的建立过程、实例的检索与存储和对实例评价与修改的方法。通过初步验证表明, 该种思路有效可行。

关键词：数字化工装,基于实例推导 (CBR) ,焊接柔性夹具

参考文献

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[3]Hou J L, Trappey J C.Amethodology for V-blocks and clamps to non-prismaticworkpart fixtures.International Journal of Computer Applica-tion in Technology, 1997;3/4 (10) :152—169

[4]王政, 党军锋, 许文涛.基于Pro/Engineer的WFCAD系统菜单的开发.甘肃工业大学学报, 2003;29 (1) :26—28

[5]Schank R.Dynamic memory:a theory of learning in computers and people.New York:Cambridge University Press, 1982

[6]王文杰, 叶世伟.人工智能原理与应用.北京:人民邮电出版社, 2004

[7]李德信, 曹岩, 任建亭.Solid Edge V18基础篇.北京:化学工业出版社, 2007

车架总成柔性化铆接夹具设计 篇3

随着重型载货汽车销量猛增, 各汽车主机厂都适时调整产能规划, 提高公司的生产能力, 同时由于产品种类越来越多, 差别越来越大, 原有生产线的车架总成夹具已无法实现共用。但是新建生产线需要投入大量的资金, 而且周期也较长。为了能够减少投入, 快速实现生产, 设计出能够通用的车架总成柔性化夹具是一个很好的解决方案。

车架作为载货汽车主要的承载部件, 其尺寸精度具有较高的要求, 同时因为板件较厚 (一般为7～10mm) , 其冲压精度难以保证, 在自由状态下变形较大, 因此通过夹具的定位夹紧来保证车架在铆接过程中的尺寸和位置精度。

本文介绍了一种重型载货汽车车架总成的柔性化铆接夹具, 通过对江淮汽车重型载货汽车各车型产品间差异进行梳理分析, 确定夹紧点的位置, 使该夹具能够满足二十余种不同长度和宽度的车架铆接定位功能, 柔性化程度非常高。同时对车架总成的精度也有较大程度的提升, 有效保证了车架的批量生产。该夹具在柔性化方面的设计思路具有前瞻性和先进性, 对其他类似的项目也有一定的指导借鉴作用。

车架总成

1. 车架参数

(1) 三种不同宽度的车架总成单层纵梁车架 (宽度为840mm) 、增加辅梁车架 (宽度为854mm) 和加厚辅梁车架 (宽度为860mm) 。

(2) 16种不同长度的车架车架长度分别为6020mm、6590mm、6970mm、7010mm、7070mm、7339mm、7460mm、7910mm、8120m m、8127m m、9540mm、9600mm、9640mm、9987mm、10 600mm和11 600mm。

2.生产节拍

工位的生产节拍为10min/台, 可实现单班15 000台的生产能力。

夹具工作流程

车架总成的铆接夹具工作流程如图1所示。

主要包括以下五个方面:

1) 承接由上一个工位转运过来的纵梁总成。

2) 将纵梁翻转90°, 并定位夹紧。

3) 将各横梁预放置在纵梁之间后, 夹具向中间合拢, 使纵梁托住横梁。

4) 人工安装铆钉后, 夹具继续向中间合拢, 使纵梁与横梁合并到位。

5) 完成纵梁与横梁的铆接后, 将车架转运到下一个工位。

夹具技术要求

对车架总成夹具的技术要求如下:

1) 夹持位置的选择要避开横梁的位置和铆钳的通道, 做到精简的同时, 短车架夹持点数量也不少于三个。

2) 车架的质量近2t, 要采用具有足够动力的机动辊道。

3) 夹具对纵梁腹面方向直线度有校正功能, 满足在最长车型的情况下, 校正范围可达到20mm;同时在相邻液压夹紧单元, 校正范围可达到8mm。

4) 纵梁平直段要有腹面和翼面两面夹紧, 并能保证达到产品设计参数。

5) 液压系统应保证系统压力可达到1400N/c m2, 在执行元件动作到位后有保压功能 (此时液压泵卸荷, 避免发热, 液压泵卸荷的过程中, 夹紧机构的夹紧力不变) 。

6) 夹具加工装配精度要求夹具定位型面允差不超过0.2mm。

夹具结构

车架总成夹具主要由升降输送辊道、粗限位机构、翻转升降机构、V形形定位机构、液压夹紧机构和横向平移机构共六个机构组成, 实现输送与定位夹紧功能。车架总成夹具结构如图2所示。

1.粗限位机构2.V型槽定位机构3.翻转升降机构4.液压夹紧机构5.升降输送辊道6.横向平移机构

1.升降输送辊道

升降输送辊道主要由框架、输送辊道和交叉臂升降等机构组成 (见图3) , 实现纵梁及车架总成在本工位及上下工位之间的输送。框架的主要功能为承载整个车架的重量, 同时用于安装输送辊道等部件, 由12.6#槽钢焊接而成, 并经过退火去除应力。框架上单侧安装有10个侧导向, 防止纵梁和车架在输送过程中滑出。输送辊道单侧有10个辊子, 由一台1.5kW的电动机驱动, 实现纵梁和车架的机动输送, 能够大大减轻员工的劳动强度。交叉臂升降机构单侧有两套, 各由一个φ80×460mm的液压缸推动, 实现输送辊道的升降, 方便接送工件和人员操作, 其升降行程可达到600mm。

1.框架2.辊子3.侧导向4.交叉臂

2. 粗限位机构

粗限位机构主要用来防止纵梁在输送过程中由于惯性作用滑过设定位置, 利于工件的精确定位。单侧有一个粗限位机构, 主要由液压缸控制挡板的翻转, 实现纵梁粗定位。液压缸规格均为φ50×200mm。粗限位机构结构如图4所示。

1.油缸2.挡板3.底座

3. 翻转升降机构

翻转升降机构主要功能为:通过挡棒和翻转臂的配合, 将平放的纵梁固定后, 翻转为侧立状态, 然后通过直线导轨, 降到操作高度。单侧有四个翻转升降机构, 翻转和升降用液压缸规格均为φ50×200mm, 导轨行程为200mm。翻转升降机构结构如图5所示。

1.直线导轨2.翻转液压缸3.挡棒4.翻转臂5.升降液压缸

4. V形槽定位机构

V形槽定位机构结构如图6所示, 单侧有一组, 主要由一个V形的定位槽和一个定位销组成, 用于纵梁到位以后进行X和Z向的精确定位。在纵梁输送到位后, 先将定位销插入纵梁定位孔, 由翻转升降机构将纵梁固定并翻转到位, 下落过程中定位销被V形槽导向, 从而实现纵梁的定位功能。

1.导向板2.定位销3.底座

5. 液压夹紧机构

液压夹紧机构是夹具的主要定位单元, 其结构如图7所示, 单侧共有七组。其主要功能是定位纵梁的Y向, 并矫正变形的纵梁。

夹紧液压缸规格有φ80×200mm和φ100×200mm两种, 分别用于纵梁不同截面位置的夹紧。由于纵梁的品种较多, 因此在支撑板上开槽, 通过安装不同厚度的型块, 实现柔性化夹紧的功能。同时由于七个夹紧单元分布于整个12m长的夹具上, 通过不同夹紧单元的组合, 就可以实现各种长度的纵梁夹紧, 而且单根纵梁的夹紧点数量不少于三个, 有效地保证了纵梁定位的精度要求。

1.夹紧液压缸2.压臂3.型块4.支撑板5.底座

6. 横向平移机构

横向平移机构 (见图8) 主要由固定端和滑动端的两个底板组成, 通过两个规格为φ40×200mm的液压缸和八个直线导轨实现平移功能。为了满足三种不同宽度的车架定位功能, 在底板上安装有行程开关, 通过控制底板滑动距离的方式来实现柔性化。

1.液压缸2.固定底板3.支撑框架4.滑动底板5.连接板

结语

柔性夹具系统 篇4

柔性夹具是以组合夹具元件为基础组装成的夹具。它是由预先制造好的标准化组合夹具元件, 根据被加工零件的工序要求组装而成的。组成夹具的元件具有通用性, 单个元件功能多样, 并具有互换性。组合夹具元件结构灵活多样, 且可长期重复使用。

2设计及应用

本文从公司生产实际情况出发, 旨在通过研究设计及组装焊接工序用大型柔性夹具, 发挥柔性夹具灵活、快速, 并且可重复使用的优点, 替代专用夹具, 达到缩短生产准备周期、降低生产成本, 解决生产急需的问题。

本工序要求将四个已经点焊在一起的叶片零件焊接成为一组 (一联) ;每组零件有六条焊缝, 分布在上安装板外侧、下安装板内侧等。焊接上安装板外侧时, 电子束照射方向为从外侧向中心;焊接下安装板内侧时, 电子束照射方向为从中心向外侧。设计时, 应考虑在电子束焊接时, 在两个焊接加工方向上, 在电子束的方向上都不能有组合夹具元件遮挡。因此需要设计两套柔性夹具。此处只讨论焊接上安装板外侧用的柔性夹具。

通过对焊接工序工作内容分析可知, 加工时 (焊接) , 零件除了只受自身重力以外, 没有切削力的作用, 柔性夹具的定位部分和压紧部分或只受很小的力;另外, 焊接时, 只是零件被焊接部分局部受热溶化并连接, 其余部分温度并没有变化。通过对焊接时零件的工作环境和受力情况分析可知, 由组合夹具元件组装成的柔性夹具, 完全能替代专用夹具。在特殊情况下, 也可以设计与组合夹具元件相连接的挡板, 用来防止焊渣飞溅问题, 更好的提高焊接质量。

为了提高生产效率, 结合组合夹具元件的结构特点和焊接设备的功能, 考虑每次装夹十六个零件, 每四个零件分成一组, 共分成四组。

零件内圆直径约600毫米, 外圆直径约800毫米。考虑到零件在组合上的安装和组合夹具与设备连接, 选择用直径600毫米带连接孔的圆基础板。

选用适当长度伸长板与圆基础板连接, 用来扩大圆盘直径, 实现零件安装及定位;选用圆柱销与钻模板配合, 实现零件外圆定位。

图1为在UG环境下设计的组合夹具三维图。通过虚拟装配设计, 指导现场实际组装, 提高组装质量及效率。

通过现场实际应用证明, 该柔性夹具设计合理、结构紧凑, 组装迅速, 定位稳定, 零件装夹方便, 操作安全可靠, 加工质量良好, 能够保证零件焊接加工质量要求。该柔性夹具零件均为组合夹具元件标准件。该类型组合夹具设计完成后, 一名操作工人从选件、组装, 到检验, 1~2天即可完成。该柔性夹具的应用, 极大的缩短了专用夹具的设计及制造时间, 降低了生产成本, 解决了生产现场的急需问题。类似零件的专用夹具完全可以利用柔性组合夹具替代, 值得推广应用。

摘要：在保证加工质量的前提下, 合理设计及应用柔性夹具替代部分专用夹具, 可以大大降低生产成本, 缩短生产准备周期, 加快新产品的研制及生产速度;应用柔性夹具还可以大量减少专用夹具的存储空间, 有利于现场管理。在特殊情况下, 还可以设计制造形状特殊的专用件与柔性夹具元件配合使用, 既减少了专用夹具数量又扩大了柔性夹具的应用范围。同时, 柔性夹具元件可以重复使用, 符合可持续发展战略。

关键词：夹具,组合夹具元件,柔性夹具

参考文献

[1]组合夹具组装技术手册[M].原中国航空工业总公司第三0一研究所.