柔性夹具在环形管类零件定位焊接工序中的应用研究

王玮+周华锋+张明波

摘 要：航空发动机中环形管类零件众多，形状各异。以前，该类型零件定位焊接加工工序用的夹具均为专用夹具，该类夹具设计及制造周期长、费用高；单件生产时浪费较严重，紧急生产需要时，无法满足进度需求。在保证加工质量的前提下，应用柔性夹具替代专用夹具，可以极大地縮短工艺准备时间，降低成本，提高效率，另外，通过应用大数据处理，应用导管及柔性夹具零件数据模型，极大地提高了柔性夹具的设计及组装速度，对于助推公司生产的快速发展、加强国防建设均有着重要意义。

关键词：工艺装备；夹具；柔性夹具

中图分类号：V263 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0144-02

1 夹具和柔性夹具

简单来讲，夹具可以定义为：在机械加工中，用来固定工件，使机床、刀具、工件相互间保持正确位置的工艺装备。

柔性夹具是由一套预先制造好的，有各种不同形状，不同规格尺寸的标准元件和组合件所组成的夹具，这些元件相互配合部分尺寸精度高、表面硬度高、耐磨性好、单个元件功能多样、互换性好。根据被加工工件的工艺要求，可以很快地组装出用于机械加工、电加工、检验等各种各样的夹具，而这些元件可方便地拆开，并重复使用。柔性夹具作为工艺装备的一部分，在公司的生产过程中同样起着重要的作用。柔性夹具组装迅速，方便灵活，通用性强。柔性夹具具有通用性和专用性双重性质，即组成夹具的元件是通用性的，而一旦组成成套夹具即为专用夹具。

由于该类型环形管类零件由很多个零件组成，如果按照专用夹具的使用及设计方法，夹具设计及制造周期长，零组件不能通用，在产品研制或单件生产时夹具浪费严重，当零件更改或紧急生产时夹具供应不及时，不能满足生产进度要求。为了解决这个困扰公司生产的问题，我们想将柔性夹具概念引入其中，利用柔性夹具的优势，及多年以来推广应用柔性夹具在公司其他单位零件生产应用的成果加以借鉴，研究设计适合环形管类零件定位焊接使用的柔性夹具，降低成本，提高效率，满足公司生产要求。

1.1 柔性夹具的设计

柔性夹具的设计原理与专用夹具一样。但是，在这里一般不用再设计专用件，而是利用有关软件按需要调用适宜的柔性夹具标准元件，进行柔性夹具的组装设计，根据工艺规程的要求实现被加工零件的定位及夹紧。

1.2 柔性夹具的应用优势

在大数据时代环境下，应用导管及组合夹具零件数据模型，可以方便、准确、迅速的设计出组合夹具，夹具结构清晰，贴近现场，特别适用于紧急任务的生产，方便沟通、交流。

2 环形管类零件柔性夹具的设计

2.1 常见的典型零件

图1为常见的典型环形管类零件模型。

工艺分析：

如图1，一般情况下，该类零件是成系列的，如主管路直径相同，但内、外支管等分数量不一样，或抬起角度不一样，等等。

零件由进油管、主管路，内、外支管、吊耳等组成。内、外支管、吊耳等多等分向心均匀分布。有时内、外支管还抬起一个角度。

本工序应用的夹具常见的工艺要求为：将主管路、内、外支管、吊耳等零件，按照工艺规程要求的位置在夹具上定位及压紧，然后将各零件点焊定位焊接到主管路的规定位置上。

2.2 柔性夹具主要部分的设计

2.2.1 夹具底盘的设计

经综合考虑后，将底盘设计成均布孔组形式。如图2所示。

2.2.2 主管路的定位设计

根据需要选定几点定位主管路，如图3为常见的主管路定位方式。

2.2.3 内、外支管的定位设计

因为内支管比较长，为了保证定位准确及稳定，考虑设计分步使用可拆卸双钻模板定位；为了保证内支管安装角度，考虑设计使用正弦角度块。为了提高其通用及可调整性能设计T形槽导向配合；分组设计正弦角度块的连接板适用不同的内支管安装角度。图4为有内、外支管的零件的定位方式。

3 应用总结

环形管类零件一般都是成系列的，具有一定的规律性，其定位焊接工序比较适合应用柔性夹具，能够满足焊接工艺要求。柔性夹具组装迅速，使用安全可靠，通过制造少量相关零件，可以快速解决产品生产更新换代急需夹具的问题，满足生产要求。

虽然柔性夹具先期投入较大，但是其通用性较强，应用范围较广，经合理使用，后期可取得较好的经济效益，值得推广应用。

参考文献：

[1]原中国航空工业总公司第三O一研究所.组合夹具组装技术手册[Z].

[2]保定向阳航空精密机械有限公司.柔性夹具元件[Z].

[3]王昭晨.柔性夹具自动化装配技术的研究[J].科技创新与应用，2014（28）：114.endprint