葉片精益加工生產與快速制造方法探索

張 娟 李玉波 陳利明 吳宏春

（1.中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043；2.駐黎明公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

目前機械零件產品加工一般采用專用工裝，在產品加工前先將工裝安裝在機床工作臺上，然后找正夾具后將被加工零件裝夾固定在夾具上。夾具換裝后需要找正，首先增加了設備的輔助時間；其次裝夾找正存在人為誤差，不同設備夾具換裝，存在重復定位精度低問題。這種生產模式難以實現精益快速生產，不利于自動化生產及全程無人干預現代化生產模式的推廣。

2 原因分析

造成以上問題的原因很多，共性原因是不同工序不同設備，重復定位精度低。在傳統的機械工藝中，工件和機床的聯接是通過人工方式實現的。其主要原因是工件在設備工作臺上的裝夾定位方式不同，由于機床的T型槽工作臺存在缺陷，只給出Z方向的基準，沒有X、Y方向的基準，在每道工序中，工件必須先人為找正，然后對刀才能加工，導致輔助工時長、效率低、精度差等，現代先進的設備，未解決工作臺與人的界面標準化和系統化，給零件加工留下必須調整找正的問題。

3 方案探索

（1）所有機床工作臺上安裝工件、夾具的方式都要一致，并具備已知的工件基準定位系統；（2）不需每次找正對刀面，就能實現工件快速換裝；（3）工件能夠輕易而精確的在各種機床之間交換，保證重復定位精度；（4）系統必須簡單易用，精度高、柔性好、剛性強；（5）系統必須能滿足離線調整，能夠較大的提高經濟效益。

因此考慮采用的方法是設計一種標準的機械接口，用來連接機床和夾具，在生產過程中，不論工裝或工件在各機床之間交換時，不必找正，總能保持必要的定位精度，此外，也能適合用于離線預裝，從而使停機時間壓縮到最低限度。工件定位精度高，可大大的減小各工序的加工余量，使有效加工時間得以縮短。

分析上述方法可見機床和工件、工裝增加標準接口后，即可實現“中斷加工”和“柔性生產”。由于機床和工件都有已知定位基準，沒有加工完的工件或本工序結束后的工件從機床上卸下時不用擔心基準丟失，而且由于機床和工件都具有了固定的定位基準，工件重新安裝到機床上時還可以定位到卸下時的位置，所以對于加工時間短的工件，可以在一臺機床上加工多個工件，甚至是不同種類的工件實現柔性生產；對于加工時間長的工件，可以采用換班加工，在下一班將前一班沒有加工完的工件卸下，到下一個班再繼續加工實現中斷加工。

根據上述分析，開展工裝快速換裝技術的研究，實現在不同加工設備不同工序零部件的快速精密換裝。推廣該項技術，能夠提高快速反應能力，以實現敏捷制造，達到柔性生產的目的；提高產品質量，充分發揮先進設備的效能，盡可能的縮短加工中的輔助時間，進一步提高工序間的重復定位精度，增加設備的利用率，提高經濟效益。在精密機械零件高效數控加工技術研究中，減少工裝與設備、工件與工裝的裝夾找正時間。

4 實施方案

采取在不同機床工作臺上配置不同規格基礎轉接平臺，該平臺實現工裝和機床工作臺的連接。在基礎平臺上，均布100×100矩陣孔，孔位置精度為±0.005mm，當將基礎板第一次安裝在機床工作臺上時，拉直找正基礎板，固定基礎板，測量基準孔坐標位置，并記錄，其余孔位置隨之固定。在夾具相應位置開設相同大小定位孔，用膨脹銷連接基礎板和工裝實現定位。設計夾具時按照基礎平臺定位孔位置配置，那么夾具安裝后，不用拉直找正，就可知道坐標位置。快速換裝技術可應用于線切割、電火花、數控機床、普通銑床等需要裝夾找正的加工設備。特別適應要求重復定位高、工序多、換裝頻繁、裝夾定位精度難以保證的零件加工。

如果夾具安裝在機床上，就能知道工裝在機床上X、Y、Z三個方向的坐標值，而不用拉直找正，被加工件的工藝基準就能知道。可以實現換裝重復定位精度達：±>0.01～0.005mm。換裝時間：僅需3～5分鐘。采用這種方法零件定位精度高，裝夾時間短，這就是快速換裝的基本思路，對于精益生產意義重大。

5 精益生產中快速換裝組合應用實例

圖1 某葉片組合夾具拼裝實例

近年來，高科技的普及和專業軟件的開發，虛擬裝配的應用，為組合夾具設計、管理提供優越的條件。為此將組合夾具設計作為研究方向。我們和某軟件公司聯合開發基于UG的組合夾具設計系統。它以三維CAD系統為平臺并實現無縫集成。既可由用戶選擇系統提供的標準件、組件來進行虛擬裝配，也可用系統提供的知識庫功能進行智能化選擇標準件和組件進行虛擬裝配。

組合夾具設計是基于組合夾具元件庫開展的，我們選用某專業廠的中系列槽系組合元件系統，內容包括：

（1）標準件：指國標、企標以及典型非標件的總和。（2）合件：由多個標準件組成的一個組合，也是標準件。（3）組件：是指能夠完成一定功能的標準件的組合。

建立組合夾具常用組件庫，在設計時重復引用，可大幅度縮短三維實體造型和裝配時間。組合夾具元件主要包括：基礎件、支承件、定位件、夾緊件、導向件、對刀件等幾大部分，組件的功能就是上述各部分的功能。組合夾具元件建庫系統：可建立組合夾具元件、組件庫。 組合夾具設計—調用CAD平臺組件標準件庫：實現標準件下載和標準件替換。采用基于KBE技術的設計系統，將工裝設計員從繁重的設計任務中解放出來，實現組合夾具設計數據計算機管理。減少專用夾具的使用，節約專用夾具設計制造費用。縮短夾具設計時間，提高設計效率，保證設計質量，提高夾具標準化水平。如下圖是某葉片組合夾具拼裝實例。

[1]秦國華.機床夾具的現代設計方法[M]，2006.