柔性制造系统中组合夹具在制造业的应用

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随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。国外己把柔性制造系统(FMS)作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，组合夹具是工装柔性化的重点。组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性的标准元件和组合件，按工件的加工要求组装而成的夹具。它可以拆卸、清洗，并可重新组装成新的夹具，其应用非常普遍，尤其适合于多品种、中小批量的生产。由于组合夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%，可以认为组合夹具就是柔性夹具的代名词。

1组合夹具的特点

组合夹具按其结构型式分为孔系组合夹具、槽系组合夹具、组合冲模三大系列。槽系组合夹具又分16mm、12mm、8mm三种型式。也就是我们通常所说的大型、中型、小型组合夹具。组合夹具具有以下几方面的特点:

(1)通用性强，可重复利用。组合夹具是在机床夹具元件高度标准化的前提下发展起来的。组合夹具的元件具有较高的尺寸精度和几何精度，较高的硬度和耐磨性，而且具有完全互换性。元件的平均使用寿命可达巧年以上。组合夹具的组装如同搭积木一样，由于它拼装起来变化多，夹具结构型式变化无穷，它能满足各种零部件的加工要求。(2)适用范围广。组合夹具可适用于机械制造业中的车、铣、刨、磨、镗、钻等工种，在划线、检验、装配、焊接等工种也可应用。

(3)可降低生产成本，提高劳动效率。组合夹具用后拆散，元件可以继续使用，这样既能减少夹具库存和因夹具报废造成的浪费，同时又能节省夹具制造的时间和费用，从而降低生产成本，提高劳动效率。

2组合夹具在制造业中的应用

2.1组合夹具在数控机床中的应用

随着机械制造业的发展，对于组合夹具数控机床有许多不同于普通机床的特殊要求，如:粗加工时要求夹具具有很好的刚度，能承受大功率、高速切削;精加工时要求工件在夹具中产生的定位及夹紧误差最小;为提高工效，要求组合夹具元件能大、中融合一体，安装在同一块基础板上，以适应单件或多件同时加工等。孔系夹具靠销孔定位，故坐标孔系一定，组装程度简单，无需测量调整就能确定工件在机床坐标中的位置。当使用多夹具基础板时，既可组装单个大零件夹具，又可组装多个中小零件夹具，工效高，柔性好。孔系夹具的特点，适用于数控机床和柔性制造系统的配套工装或随行夹具，在数控中的应用覆盖面超过槽系夹具，占据主导地位。

2.2组合夹具在焊接中的应用

Grove公司是生产汽车液压吊车的著名制造企业。过去焊接工序全部依靠手工焊接临时工装和专用焊接夹具去完成。现在该公司设计出组合夹具系统，其核心是安装焊接零件、各式各样的标准角度支承、支承块及各种附件的三维工作台。此台设计成一个坚实的平台，并由带加强筋的高强度钢制成，加工到很严的公差以保证稳定性和平直度在0.033mm/m以内。三维工作台做成数种尺寸，设计成单独使用或用螺栓将数个工作台连接在一起以适应较大焊接零件。每一工作台作为焊接夹具的主要结构元件，由孔径28mm和l0mm的孔遍布工作台面及四周的网状孔系组成。需要更准确的孔距时，可用网孔密度为一倍的辅助板，这些板的网状孔距为50mm-6Omm，并很容易安装在三维工作台上。这些网状孔系设计成将结构零件和夹具元件安装在工作台上并保持孔的位置精度为士0.025mm，整体为士0.05mm。除网状孔系外有些夹具元件也制成28mm宽的槽系，这些槽允许不同夹具元件精确定位以适应焊接零件需要的位置。

为使每一焊工容易理解每项焊接任务，每一焊接工作地上有一本夹具组装手册，手册中包括一切照片、图形以及每一种零件的相关资料。每一次每项特定任务重复进行时，焊工简易地参考这一手册作为组装所需夹具的指南，今天随着工装设计的功能集成到CAD系统中，焊工和工具工程师紧密配合，将点焊夹具与CAD系统合在一起为每一焊接夹具准备好必需的生产文件。

2.3组合夹具在加工特殊工件中的应用

在组合夹具使用过程中，针对一些形状复杂、尺寸较大、要求精度较高、定位压紧有困难的零件，单纯用组合夹具无法完成的，可以采取以下方法:

(1)设计专用零件配合组合夹具元件使用。使用最多也最常用的是设计制造专用定位心轴和钻模板。因工件孔定位时，多数情况下不是最后工序，孔没有做到尺寸，都留有磨量。由于产品图样和工艺要求不一样，孔所留的磨量各异，组合夹具元件不能满足要求，为保证定位精度，设计制造专用定位心轴或者定位盘，下面与组合夹具元件一级精度配合，上面和零件孔配合，从而解决了定位精度问题。

(2)采用半组合夹具形式。对一些工件加工内容复杂，精度要求高，用组合夹具和专用夹具都不好解决的，可以采用半组合夹具形式。

3组合夹具的发展趋势

组合夹具的发展趋势是:

(1)夹具元件多功能模块化:能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体的比例将进一步增加，如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承、精密虎钳等模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能，可以一件单独使用，也可以几件组装在一起使用，T形基础、方箱能组装成一次能装夹多件相同或不相同的工件的夹具，使用这种夹具可以减少机床的停机时间，最大限度发挥数控、加工中心机床的高效性能。

(2)专用夹具、组合夹具一体化:现代化加工设备的多功能化，使工艺过程高度集中、工件一次定位装夹后能完成多工序加工，这就需要一种通用而又能重复使用的组合可调式的夹具系统。它是由一系列统一化、标准化的元件和合件组成，利用这些元件、合件组装成各种不同形式、不同结构、可重复使用的夹具，供单件或中小批量生产使用。这种夹具系统保留了组合夹具的各种优点，组装又像专用夹具那样简单可靠。为了便于夹具与机床定位连接，夹具基体有统一标准的定位连接位置，使之专用、组合夹具向着一体化、组合化方向发展，以满足现代化加工设备的需要。

4总结

随着科学技术的日新月异，先进制造技术不断得到发展。柔性制造技术、集成制造技术将是现代先进制造技术发展的主流。未来制造过程将变得更智能化，制造企业适应市场的能力更强。柔性制造技术由于其高效、灵活的特性使其成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，且应用日益广泛，已成为整个机构制造领域的核心技术，而组合夹具由于其灵活性，己成为现代夹具的主要发展方向，在制造业中发挥着重要作用。（万方数据）