航空制造業(yè)一直在面對產(chǎn)品質(zhì)量、交貨期、生產(chǎn)管理等嚴(yán)苛挑戰(zhàn)，“十四五”發(fā)展規(guī)劃中，航空工業(yè)還作出了打造“數(shù)智航空”新業(yè)態(tài)的戰(zhàn)略部署。作為我國唯一集航空機載武器裝備、飛行器操縱控制系統(tǒng)(裝置)兩大專業(yè)優(yōu)勢為一體的機載設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)——航空工業(yè)慶安集團有限公司(以下簡稱慶安公司)，在全面進行“提質(zhì)增速”、“創(chuàng)新生產(chǎn)”任務(wù)達成的同時，果斷開啟了戰(zhàn)略變革：由傳統(tǒng)加工向自動化、數(shù)字化加工轉(zhuǎn)型。從頂層設(shè)計到具體工藝，慶安公司極其注重整體生產(chǎn)工藝優(yōu)化的可持續(xù)性，技術(shù)團隊突破以數(shù)控機床投資優(yōu)化為主導(dǎo)的傳統(tǒng)理念，進一步在提升機床利用率、自動上下料等方面動腦筋，以小博大。
南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院李亮教授曾指出：“隨著智能制造理念的實踐深入，曾一度被忽視的工裝夾具，在工藝流程中的重要性突顯，以‘小工裝’撬動整個產(chǎn)線自動化升級的應(yīng)用更是屢見不鮮。柔性、精密、標(biāo)準(zhǔn)、智能是現(xiàn)代工裝夾具的發(fā)展方向，模塊化工裝應(yīng)用代表了發(fā)展所趨，有利于企業(yè)加速進行深度數(shù)字化、智能化生產(chǎn)?！?/P>
慶安公司技術(shù)團隊深諳其理，從工件裝夾這一細節(jié)工序著手，基于業(yè)內(nèi)最為領(lǐng)先的零點定位系統(tǒng)對廠內(nèi)某一關(guān)鍵系列零件的夾持方案進行了全面更換與優(yōu)化，實現(xiàn)了43種產(chǎn)品的全覆蓋夾持，并計劃將這一項目的成功思路拓展到更多零件的應(yīng)用中?！靶劭斯臼橇泓c定位系統(tǒng)的領(lǐng)先者，它的產(chǎn)品性能優(yōu)勢明顯，更重要的是，能結(jié)合我們現(xiàn)有的生產(chǎn)需要來定制方案，它的設(shè)計能力，還可以為我們下一步持續(xù)優(yōu)化打下基礎(chǔ)?！睉c安技術(shù)團隊相關(guān)負責(zé)人表示。
耗時費力、品質(zhì)不穩(wěn)定，傳統(tǒng)裝夾方式急需改善
在進行裝夾工藝優(yōu)化前，慶安公司技術(shù)團隊先對多款同類型的殼體零件進行了細致分類，基于各種零件不同的工藝組成情況，最終確定了一款具備典型特性的測試零件。
如圖1所示，該款殼體零件有著鏤空的圓柱體形狀，以及左右兩側(cè)對稱且?guī)в袌A孔的耳片結(jié)構(gòu)。在原有的工藝方案中，此零件的定位基準(zhǔn)使用的是零件內(nèi)孔齒頂圓及定位工藝孔。裝夾時，選用傳統(tǒng)“一面兩銷”的裝夾方式，當(dāng)一次裝夾后，加工零件的上表面內(nèi)腔及外輪廓;加工完成后，人工換裝以加工下表面內(nèi)腔;而后再拆裝兩次，完成左、右耳片輪廓及孔的加工。至整個零件加工完成，需要兩套夾具主體(如圖2)，以及4次人工裝夾操作。
“傳統(tǒng)裝夾的最大問題就是產(chǎn)品裝夾與產(chǎn)品換型的效率低下。以此零件為例，加工中人工裝夾的時間大概在5分鐘，4次裝夾就是20分鐘。另外，在加工完成后需要更換另一型號零件時，由于現(xiàn)有夾具的齒頂圓定位芯軸與夾具本體為固定裝配，不能用于其他直徑的零件，因此需要進行包括拆卸清理、更換夾具、裝夾找正等長達11道工序的重新裝夾操作，所需時間更是超過60分鐘?！睉c安公司技術(shù)團隊負責(zé)人表示，“人工裝夾時，機床必須處于停滯狀態(tài)，這也直接導(dǎo)致了生產(chǎn)效率的下降?！?/P>
過度依賴人工裝夾，所帶來的另一大問題就是加工精度的不穩(wěn)定。由于操作人員技能水平的差異，在產(chǎn)品換型裝夾、找正夾具精度上會產(chǎn)生偏差，造成定位基準(zhǔn)不一致，由此而帶來的加工質(zhì)量不穩(wěn)定的情況時常出現(xiàn)。大量的人工干預(yù)也無法滿足慶安公司未來計劃使用機器人進行上下料的自動化需求。除此之外，還有傳統(tǒng)夾具通用性差所引起的夾具庫存大、成本浪費，以及可插拔定位銷易對夾具本體和銷子造成磨損，降低夾具定位精度等多種問題困擾。
全新方案設(shè)計：零點快換系統(tǒng)+芯軸+快換拉釘
以上提到的這些困擾還僅限于測試的一個零件，而慶安公司這一類殼體零件的種類就超過了40種，如何優(yōu)化裝夾方案，縮短加工準(zhǔn)備時間，提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)呢?技術(shù)團隊在多方思考與對比下選擇了零點快換系統(tǒng)。
零點快換系統(tǒng)是當(dāng)前工裝夾具標(biāo)準(zhǔn)化趨勢下的一項創(chuàng)新技術(shù)，是機床工作臺與工件(或夾具)的一個標(biāo)準(zhǔn)接口，在數(shù)秒內(nèi)，即可通過一個或多個定位銷將工件、夾持裝置、托盤與機床端的夾持系統(tǒng)快速緊固連接，精確地夾緊在設(shè)備中，從而提升不同工藝的轉(zhuǎn)化和設(shè)備連接的通用性，將整個制造資源的匹配最大化。
“我們非常看重雄克公司的設(shè)計能力，當(dāng)我們提出改進需求后，雄克的技術(shù)力量第一時間便來到車間現(xiàn)場，共同進行具體裝夾方案的分析討論以及加工測試。我們不僅僅看重這一個零件的優(yōu)化，而是希望能借鑒他們的專業(yè)設(shè)計能力和全球化的應(yīng)用經(jīng)驗，在實現(xiàn)該類零件提質(zhì)、增速需求的同時，將模塊化工裝的思路進一步拓展至整體。” 慶安公司技術(shù)團隊負責(zé)人說道。
“我們在航空零件夾持方案的優(yōu)化設(shè)計上有著豐富的經(jīng)驗，慶安公司的需求比較典型，但也有其特殊性，基于零件的結(jié)構(gòu)特征、加工工藝，并綜合考量生產(chǎn)效率、成本節(jié)約、空間布局以及慶安公司想要適應(yīng)未來加工品質(zhì)提升與加工需求拓展等多方因素，我們?yōu)槠涮峁┝硕ㄖ苹慕鉀Q方案——‘零點定位系統(tǒng)+芯軸+快換拉釘’夾持方案?！?項目負責(zé)人，雄克公司高級技術(shù)經(jīng)理麻曉杰表示。
這一夾持方案(如圖4)，在不改變原有工藝方案及定位基準(zhǔn)的情況下，通過由基礎(chǔ)底座、零點定位器、液壓芯軸、零點快換拉釘和變徑套組成的工裝系統(tǒng)，實現(xiàn)一次裝夾加工3個表面，再通過零點快換的方式，快速切換到工件反面與側(cè)面的加工工位，大大簡化了原有的裝夾流程，提升了裝夾效率與精度。
零件在機床外通過液壓芯軸鎖緊后，利用零點快換方式安裝于4軸加工中心的工作臺上，而后只需將角向限位安裝到位，即可開始加工產(chǎn)品的正面輪廓。一面加工完成后，再通過簡單的4軸正、負向旋轉(zhuǎn)90°，實現(xiàn)兩側(cè)耳片輪廓的切削加工。
產(chǎn)品反面特征的加工則更為便捷，也是此新方案的一大亮點。雄克技術(shù)人員根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征，在液壓芯軸的的正反兩側(cè)均制作了快換接口，當(dāng)正面輪廓加工完成后，只需將芯軸調(diào)換180°，即可立即對工件反面進行夾持加工，這樣創(chuàng)新性的設(shè)計思路不僅最大程度提升了裝夾效率，也將夾具的柔性無限拓展。當(dāng)外輪廓與正反面特征均加工完成后，將夾具側(cè)置安裝在4軸加工中心的法蘭上，通過4軸的旋轉(zhuǎn)，可最后完成產(chǎn)品兩側(cè)耳片上斜孔的加工。
在產(chǎn)品換型的裝夾中，對于不同齒頂圓直徑的零件也無需再更換整個夾具主體，只需在一套夾具基礎(chǔ)底座上增加零點快換系統(tǒng)和可移動定位銷，同時通過更換芯軸和芯軸的變徑套以及端面定位裝置，調(diào)整定位銷位置或更換不同規(guī)格定位銷即可實現(xiàn)不同零件的快速更換與夾緊。
柔性、復(fù)用的模塊化工裝帶來極致高效
通過雄克模塊化零點快換裝夾方案，工件在加工中人工裝夾的操作時間從原來的5分鐘縮短至1分鐘，在產(chǎn)品換型時的裝夾中，由于無需更換夾具底座并重新找正，裝夾效率顯著提高，時間從60分鐘大幅縮短至10分鐘。
同時，基于零點定位系統(tǒng)和液壓芯軸的配合，不同零件的換型裝夾操作可在機床外進行。在實際生產(chǎn)過程中，可實現(xiàn)一套在機內(nèi)加工，一套在機外裝夾工件，如發(fā)現(xiàn)工件需要返工時，也可以將芯軸和工件二次裝入機床，直接加工。無需停機等待的優(yōu)勢更進一步提升了機床利用率、提高了加工效率。另外，用一套夾具覆蓋43種同類型產(chǎn)品，替換原有的28套夾具的強大通用性，大大減少了夾具庫存，降低了成本投入，也為日后批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
保障加工品質(zhì)，是采用雄克零點快換系統(tǒng)的另一大優(yōu)勢。與傳統(tǒng)依賴人工手動裝夾、找正相比，液壓芯軸的定位精度小于0.003mm、零點定位系統(tǒng)的重復(fù)精度在0.002mm以內(nèi)，雙重精度的保障使得產(chǎn)品在實現(xiàn)快速換型的同時，工件的良率以及穩(wěn)定性、經(jīng)濟性都得到了大幅提升。
“慶安公司是航空機載設(shè)備的領(lǐng)先企業(yè)，工藝技能扎實，對于品質(zhì)的要求十分嚴(yán)格，此次能夠攜手完成這一裝夾工藝優(yōu)化項目，我們備感榮幸。以夾持技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計最大程度地挖掘現(xiàn)有設(shè)備所蘊含的生產(chǎn)潛能，是雄克始終致力所為的目標(biāo)，此次用戶獲得滿意生產(chǎn)效果便是對我們的最大認可。慶安公司在方案設(shè)計之初便已要求我們要為下一步自動化升級打基礎(chǔ)，這樣的頂層創(chuàng)新能力，這樣腳踏實地的技術(shù)團隊令人佩服?！甭闀越軐Υ隧椖坎粺o感嘆。
的確，對于慶安公司而言，采用模塊化工裝技術(shù)還有一層更為深遠的意義——賦能自動化轉(zhuǎn)型升級。無論是自動化生產(chǎn)還是數(shù)字化技術(shù)，其所作用的對象始終是要制造的工件，整個工藝流程設(shè)置的核心也是工件在不同設(shè)備的流轉(zhuǎn)，而這一流轉(zhuǎn)過程就離不開工裝夾具的支撐。傳統(tǒng)的工裝夾具僅適用于人工上下料，不能滿足機器人自動化的要求，慶安公司技術(shù)團隊清晰地認識到了工裝夾具技術(shù)優(yōu)化對于生產(chǎn)邁入智能化階段的重要性，果斷采用了前沿的智能化模塊工裝，并已將其輻射至工廠的更多應(yīng)用領(lǐng)域。新一輪工業(yè)革命浪潮已經(jīng)來襲，市場需求瞬息萬變，面對機遇和挑戰(zhàn)，慶安公司將持續(xù)致力智能制造、數(shù)字化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，為建設(shè)新時代航空強國貢獻力量。
（轉(zhuǎn)載）
