一種經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)的研究

溫上樵

( 南京信息職業(yè)技術學院，江蘇南京210023)

1 經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)

所謂經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)就是以數(shù)控機床為基礎，利用柔性模塊化夾具，按照成組加工的準則安置設備和組織零件生產(chǎn)，并配備人力進行工件運輸而構成的最小的且價廉的柔性制造系統(tǒng)。它是在一般的柔性系統(tǒng)的基礎上產(chǎn)生的，但相對于一般的柔性系統(tǒng)，其生產(chǎn)成本更加低，利用率更加高，更加靈活。

1.1 經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)的基本構成

經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)的結構如圖1 所示。

圖1 經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)的結構

其特征如下:

(1)由數(shù)控機床、特種加工機床以及一些常用的生產(chǎn)設備組成;

(2)各種設備均安裝擁有統(tǒng)一接口的柔性模塊化夾具;

(3)使用現(xiàn)代化測量設備(主要指三坐標測量儀)。

1.2 經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)的基本功能

(1)模塊化加工功能

主要指將常用的生產(chǎn)加工設備，主要是以數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心以及一些特種加工機床，通過加裝具有統(tǒng)一標準接口的柔性模塊化夾具，完成相應模塊的加工。如數(shù)控車床完成內(nèi)、外圓柱面的加工;數(shù)控銑床完成各種平面的加工;電加工機床完成穿孔和型腔的加工等。

(2)增加工藝能力功能

通過加裝柔性模塊化夾具，擴大了機床原有的工藝能力，從而完成一些以前不能完成的加工。如安裝了直角座和柔性模塊化夾具的普通三軸加工中心，可以變成能加工5 個面的類似四軸加工中心。

(3)提高重復定位精度功能

工件安裝在類似于隨行夾具的托板和精密虎鉗上，定位由其背面的定位槽或定位片保證，夾緊由拉釘和鋼球實現(xiàn)。工件至加工結束才與托板或精密虎鉗分離，減少了重復裝夾，降低二次裝夾帶來的誤差。

(4)過程檢驗功能

利用三坐標測量儀可以完成工件的準在線測量。在三坐標測量儀上安裝具有統(tǒng)一標準接口的柔性模塊化夾具，在加工零件的過程中，可以將工件連同托板或精密虎鉗一起，移至三坐標測量儀上，實時檢驗零件尺寸，以便及時調(diào)整背吃刀量。

2 柔性模塊化夾具

柔性模塊化是指將同一功能的單元，設計成具有不同用途或性能的、且可以相互交換使用的模塊，以滿足加工需要的一種方法。柔性模塊化夾具是一種柔性化的夾具，通常由基礎件和其他模塊元件組成。可以在工件的形狀和尺寸有一定變化后，夾具還能適應這種變化并具有繼續(xù)使用的應變能力。

柔性模塊化夾具結構簡單，拼裝環(huán)節(jié)少，剛性好，適用范圍廣。因此柔性模塊化夾具應具有以下特點:

(1)柔性模塊化夾具應具有通用性，夾具系統(tǒng)有足夠的經(jīng)濟型柔性，可適應不同機床和不同零件的加工要求，以滿足零件的加工需要。

(2)柔性模塊化夾具結構要簡單，組裝和拆卸方便迅捷。

(3)柔性模塊化夾具應具有足夠的剛度和強度，以確保零件加工的精度。

(4)柔性模塊化夾具元件應具有較好的互換性和較高的精度和耐磨性。

(5)柔性模塊化夾具元件規(guī)格統(tǒng)一化、元件結構簡單化、模塊化。

(6)柔性模塊化夾具夾緊工件快速自動化、重復定位精度高。

3 經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)的設計

3.1 數(shù)控車床加裝柔性夾具

經(jīng)濟型柔性系統(tǒng)中的數(shù)控車床，將原來的三爪卡盤改為柔性卡盤，如圖2 (c)所示。柔性卡盤與回轉氣缸(如圖2 (b)所示)做剛性聯(lián)接(回轉氣缸需要做適當改造)，回轉氣缸通過卡盤法蘭(如圖2(a)所示)聯(lián)接在車床的主軸上。

圖2 數(shù)控車床柔性夾具

經(jīng)柔性化改造的數(shù)控車床如圖3 所示。

需要指出以下幾點:

(1)聯(lián)接氣缸與機床主軸之前，先將其端面用“自車自”的方法加工一刀，以保證其端面對主軸的垂直度。

(2)柔性卡盤由壓縮空氣克服彈簧的張緊力，從而松開拉釘。切斷氣源，彈簧復位，夾緊拉釘。

至此，加裝了柔性卡盤的數(shù)控車床具有了柔性特征，可以為裝有拉釘?shù)耐邪逄峁┚_的重復定位。

圖3 數(shù)控車床柔性化改造

3.2 數(shù)控銑床加裝柔性夾具

經(jīng)濟型柔性系統(tǒng)中的數(shù)控銑床，將原先常用的機用虎鉗裝夾改為由柔性卡盤聯(lián)接的精密虎鉗裝夾。柔性卡盤利用壓板或者螺釘緊固件，安裝固定在銑床工作臺上面。圖4 所示為雙聯(lián)卡盤。

圖4 雙聯(lián)卡盤

圖5 直角座

利用直角座，可以將原本只能在三軸數(shù)控銑床上加工一個面的設備改造成可以進行5 個面的加工。直角座如圖5 所示，采用壓板和螺栓將其固定在數(shù)控銑床的工作臺面上。

以上的柔性卡盤均可為裝有拉釘?shù)耐邪濉⒕芑Q以及裝有拉釘和定位片的電極夾持塊提供精確的重復定位。

3.3 電火花成型機床加裝柔性夾具

卸去電火花成形機床的電極夾具后，柔性卡盤與法蘭盤之間設置絕緣板，再一同聯(lián)接到電火花成形機床的主軸頭上(如圖6 所示)，為裝有拉釘和定位片的電極夾持塊提供精確的重復定位(如圖7 所示)。

圖6 電火花成型機床的柔性化改造

圖7 電極夾持塊的定位

3.4線 切割機床加裝柔性夾具

柔性卡盤與直角座為剛性聯(lián)接，利用橋架上的T型槽，用T 型螺栓將直角座固定在橋架上，為裝有拉釘?shù)耐邪寤蚓芑Q提供精確的重復定位，如圖8 所示。

圖8 線切割機床的柔性化改造

3.5 三坐標測量儀加裝柔性夾具

在使用經(jīng)濟型柔性生產(chǎn)系統(tǒng)加工的過程中，工件的檢測十分重要。三坐標測量機是常用的檢測設備，為了能實現(xiàn)工件的多次重復檢測，利用三坐標測工作臺上預留的螺孔，安裝柔性卡盤，如圖9 所示。

圖9 三坐標測量機的柔性化改造

圖10 工件與托板的連接

4 工件安裝

4.1 托板安裝工件

工件由螺釘固定在托板上，托板的背面裝有拉釘，用于同卡盤的定位與夾緊，如圖10 所示。工件安裝在托板上，托板安裝在柔性卡盤上。

托板中心的孔用于安裝拉釘，周圍的孔，用于固定零件，如圖11 所示。

圖11 托板與拉釘

4.2 精密虎鉗安裝工件

較大的零件由精密虎鉗直接夾持，精密虎鉗底部裝有托板和拉釘，用于定位與夾持，如圖12 所示。

圖12 精密虎鉗安裝工件

4.3 電極夾持塊安裝電極

電極安裝在電極夾持塊中，用螺釘固定。電極夾持塊背面裝有定位片和拉釘，用于和柔性夾盤的定位和連接，如圖7 所示。

5 結束語

采用柔性模塊化夾具構建的經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)，可以將企業(yè)現(xiàn)有的加工設備高效地利用起來。由于柔性模塊化夾具的穩(wěn)定并較小的二次定位誤差，使得加工過程中的位置誤差得以保證。這為增強中、小企業(yè)的加工能力找到了一條捷徑，也是其日后要發(fā)展的必由之路。

由于經(jīng)濟型數(shù)控機床和特種加工機床作為目前制造業(yè)工廠中最為常見的設備，其使用率也十分高，如果沒有經(jīng)濟型柔性制造系統(tǒng)，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二次定位誤差，必然會影響加工精度，這嚴重阻礙企業(yè)的發(fā)展。目前，國家在鼓勵自主創(chuàng)新的同時也提倡通過改善舊設施產(chǎn)生“新動力”的做法。

雖然目前數(shù)控加工中心的崛起，給制造業(yè)帶來了一片新的天地，但作為老牌生產(chǎn)設備來講，經(jīng)濟型數(shù)控機床和特種加工機床在企業(yè)中的占有率還很高。所以，改善經(jīng)濟型數(shù)控機床和特種加工機床的加工性能也成為了現(xiàn)今提高生產(chǎn)力方式的主流。

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