組合測(cè)具設(shè)計(jì)模塊化的應(yīng)用開發(fā)

莊 濤 錢寶娟 王 瑋 孫海麗

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

隨著新產(chǎn)品研發(fā)的種類越來越多，形狀結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，產(chǎn)品技術(shù)要求也越來越嚴(yán)格，制造難度的加大，高的精度要求，所以，工裝設(shè)計(jì)和制造的速度和質(zhì)量也要與之匹配。在新產(chǎn)品研制過程中形成了品種多、單件及小批生產(chǎn)的特點(diǎn)，要求生產(chǎn)周期短，因此工裝設(shè)計(jì)和制造反應(yīng)要快，降本增效成為引人關(guān)注的問題。如何解決快速生產(chǎn)，怎樣實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，成為我們研究的方向。以往傳統(tǒng)的專用測(cè)具設(shè)計(jì)、制造周期長、成本高，不能滿足當(dāng)前新產(chǎn)品研發(fā)的需要。為了解決上述問題，我們選中富于柔性、精度較高可在短時(shí)間內(nèi)由標(biāo)準(zhǔn)元件組裝完成的組合夾具實(shí)現(xiàn)專用測(cè)量夾具的功能。然而以前組合測(cè)具的設(shè)計(jì)和組裝仍采用人工方式，每次組裝需要用加工零件前道工序半成品當(dāng)作樣件拼裝組合測(cè)具，而測(cè)具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需靠勾簡(jiǎn)圖給定制造檢驗(yàn)依據(jù)，拼裝質(zhì)量依賴經(jīng)驗(yàn)豐富和技術(shù)熟練的技術(shù)工人，客觀上限制了組合測(cè)具的應(yīng)用。

近年來，高科技的普及和專業(yè)軟件的開發(fā)，虛擬裝配的應(yīng)用，為組合測(cè)具設(shè)計(jì)、管理提供優(yōu)越的條件。為此將組合測(cè)具設(shè)計(jì)作為研究方向，我們開發(fā)UG的某組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它以三維CAD系統(tǒng)為平臺(tái)并實(shí)現(xiàn)無縫集成。既可由用戶選擇系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)件、組件來進(jìn)行虛擬裝配，也可用系統(tǒng)提供的知識(shí)庫功能進(jìn)行智能化選擇標(biāo)準(zhǔn)件和組件進(jìn)行虛擬裝配。

2 項(xiàng)目實(shí)施和流程

組合測(cè)具設(shè)計(jì)是基于組合夾具元件庫開展的，我們選用某生產(chǎn)廠的中系列槽系組合元件系統(tǒng)，內(nèi)容包括：

標(biāo)準(zhǔn)件：指國標(biāo)、航標(biāo)、企標(biāo)以及典型非標(biāo)件的總和。

合件：由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件組成的一個(gè)組合，也是標(biāo)準(zhǔn)件。

組件：是指能夠完成一定功能的標(biāo)準(zhǔn)件的組合。建立組合夾具常用組件庫，在設(shè)計(jì)時(shí)可以重復(fù)引用，可大幅度縮短三維實(shí)體造型和裝配時(shí)間。

組合測(cè)具元件主要包括：基礎(chǔ)件、支承件、定位件、夾緊件、導(dǎo)向件等幾大部分，組件的功能就是上述各部分的功能。

組合測(cè)具元件建庫系統(tǒng)：可建立組合測(cè)具元件、組件庫。

總體設(shè)計(jì)思路-組合測(cè)具設(shè)計(jì)基本流程：調(diào)用CAD平臺(tái)組件，標(biāo)準(zhǔn)件庫，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件下載和標(biāo)準(zhǔn)件替換。采用基于某技術(shù)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將工裝設(shè)計(jì)員從繁重的設(shè)計(jì)任務(wù)中解放出來，實(shí)現(xiàn)組合測(cè)具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)管理。減少專用測(cè)具的使用，節(jié)約專用測(cè)具設(shè)計(jì)制造費(fèi)用。縮短專用測(cè)具設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了工裝設(shè)計(jì)效率，保證了工裝設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高測(cè)具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平。

3 項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)例

如圖1：是某零件安裝板檢測(cè)組合測(cè)具模塊圖。按工藝規(guī)程要求，分別計(jì)算組合測(cè)具所需的上、下安裝板滑表平臺(tái)角度及測(cè)量尺寸，有關(guān)計(jì)算簡(jiǎn)圖，見圖1。

組裝過程：按計(jì)算結(jié)果，分別調(diào)整上、下安裝板滑表平臺(tái)角度，并固定連接在正方形基礎(chǔ)板的適當(dāng)位置。通過計(jì)算，選取適當(dāng)高度長方形支承，適當(dāng)厚度長方形墊片，分別組成兩組高度的對(duì)表塊，固定連接在簡(jiǎn)式基礎(chǔ)板的適宜位置，調(diào)整各部件到合適位置并緊固，完成測(cè)具的組裝任務(wù)；通過計(jì)量檢定，符合測(cè)具要求。

該測(cè)具結(jié)構(gòu)合理緊湊，零件測(cè)量方便、可靠，滿足零件生產(chǎn)質(zhì)量要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況良好。該測(cè)具零件均為組合夾具元件標(biāo)準(zhǔn)件，測(cè)具組裝迅速。一般情況下，該類型組合測(cè)具設(shè)計(jì)及組裝用時(shí)約0.5天，與專用測(cè)具相比，節(jié)約設(shè)計(jì)及制造時(shí)間約95%以上。

在圖2中，左、右圖均是某零件磨加工背向安裝板端面用夾具、組合測(cè)具模塊圖，在組合夾具中，零件用寬板等件定位；用回轉(zhuǎn)支座旋轉(zhuǎn)角度；用基礎(chǔ)板做夾具底板，采用回轉(zhuǎn)專用夾頭夾緊零件榫頭，單向夾緊器夾緊零件另一側(cè)，用于銑床或磨床加工零件榫頭的側(cè)面。

在圖3中，左、右圖均是某零件磨加工冠頂、盆向安裝板端面用夾具、組合測(cè)具模塊圖，在組合夾具中，采用回轉(zhuǎn)專用夾頭夾緊零件榫頭，頂絲夾緊零件端頭兩側(cè)，基礎(chǔ)板上設(shè)有對(duì)刀塊和對(duì)表面，加工完直接檢測(cè)合格與否。

結(jié)論

近年來，我們逐步研究模塊化設(shè)計(jì)，把組合夾具設(shè)計(jì)思路用于專用測(cè)量夾具的設(shè)計(jì)，提高了測(cè)具設(shè)計(jì)速度和準(zhǔn)確性，因此，我們需要建立模塊庫，作為模塊化設(shè)計(jì)的主要支持。如何建立模塊庫，什么樣的要素可以作為模塊，我們必須認(rèn)真地研究決定。

圖1 計(jì)算簡(jiǎn)圖和組合測(cè)具模塊圖

我們認(rèn)為，在測(cè)具結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能，并且應(yīng)用過程中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)不便的組合或單元體稱為模塊。我們需要篩選不同種類工裝結(jié)構(gòu)，找出常用的典型結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步拆分單元體，按照模塊定義找出能夠稱為模塊的部分，經(jīng)有關(guān)專家論證后作為模塊。將這些模塊歸類、參數(shù)化建模，制定模塊分類和命名原則，按照工裝專業(yè)建庫，將參數(shù)化模塊模型分類入庫。模塊化設(shè)計(jì)過程中，類似組合夾具設(shè)計(jì)過程，如果模塊庫內(nèi)容細(xì)致全面，將給設(shè)計(jì)工作帶來很大的方便。

工裝模塊化程度的提高，亦給工裝制造帶來方便，如果工裝制造部門預(yù)先準(zhǔn)備部分模塊元件，工裝制造時(shí)，如果直接能夠應(yīng)用的省去制造時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)快速反應(yīng)，可大大節(jié)約成本。

近年來，我們先后采用組合夾具的設(shè)計(jì)軟件，解決了大部分急需工裝設(shè)計(jì)、制造問題，在逐步地建立工裝設(shè)計(jì)模塊庫，進(jìn)一步采用模塊化設(shè)計(jì)思路解決專用工裝傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。然而這剛剛是一個(gè)開始，工裝設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化，路還很長，大量的工作有待我們?nèi)ラ_發(fā)研究。

[1]航空工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè).北京國防工業(yè)出版社，1978.

[2]UG NX 7.5完全自學(xué)手冊(cè).北京機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]組合夾具組裝技術(shù)手冊(cè).中航工業(yè)三零一所出版社，1997.