孔系组合夹具在高精度零件制造中的应用研究

齐孟雷

（辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118009）

孔系组合夹具在高精度零件制造中的应用研究

齐孟雷

（辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118009）

飞机发动机零件的加工精度很高，而使用数控镗床和专用工装进行加工，则造成制造成本的浪费。讨论了孔系列组合夹具元件装配出的组合夹具在高精零件制造过程中的推广与应用，为飞机发动机公司降低生产准备成本探索出一条捷径。

工装；孔系列组合夹具；降低成本

当今一个国家的航空航天技术是否发达已成为衡量一个国家科技水平、国防实力和综合国力的重要指标之一[1]。航空发动机作为飞机的心脏，是集尖端技术于一身的高精密机械体，叶片是航空发动机作为飞机产生动力的主要零件，如何探索出一条既能加快新机科研进度，又不增加新机科研成本，还能保证发动机加工精度是中国航空企业所面临的新的课题。

在实际生产中，如何利用组合夹具快速灵活的特点，快速解决零件加工准备中的瓶颈问题是我们要研究的课题。我们通过用多套孔系列组合夹具在新机科研中如何保证新机科研的制造周期，还能降低制造成本。为进一步在航空发动机制造业中推广和应用孔系列组合夹具，为进一步促进节能减排和推进绿色制造奠定基础。

1 航空发动机制造业工艺现状

夹具是机械制造工艺准备中的一个主要组成部分，在机械加工中占有重要位置[1]。它对保证产品质量，提高生产效率，扩大机床使用范围，缩短新产品试制周期等具有重要意义，它也是制约航空发动机制造产业快速发展的瓶颈。随着航空发动机的不断更新换代，我国也在研制多种新型号飞机发动机，而在研制过程中需要大批的专用工装夹具，也意味着大批的专用工装夹具被迫报废，从而造成科研经费的浪费[1]。如何增加工艺装备的柔性，在飞机发动机更新换代后，如何延伸原有工装夹具的使用已经是航空发动机制造业所急需解决的问题之一。

由于当前国际形势的压力，新型号飞机发动机的研发制造周期非常紧迫，因此留给工艺准备的时间更加紧张，而专用夹具又是工艺准备的工作重点[2]。目前航空发动机制造业的专用夹具需要设计、制造、生产准备周期要1～2个月，甚至更长时间。航空发动机制造业要适应瞬息万变的国际形势，我们要加快新型号飞机发动机的研发制造，而专用夹具既不是航空发动机制造业的首选工艺准备方案，也不是解决航空发动机制造产业快速发展的瓶颈有效途径。

2 组合夹具概念

组合夹具是根据工艺要求，由一套可以循环使用的并具有高精度、高强度的系列化、标准化元件组装成的易连接和拆卸的夹具[2]。它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件组装而成。这些元件具有很好的互换性和较高的精度及耐磨性，可以根据机床工作台的尺寸和不同零件的加工要求，选用所需要的元件组装成数控机床、加工中心等使用的各种夹具，组装简单灵活[3]。这种夹具可以保证在规定的坐标位置上准确定位，并且具有较高的刚度和精度，能够保证在粗加工时使用大切削量，在精加工时更好地保证工件定位面和加工表面之间的位置精度。这种夹具还能保证工件在一次定位装夹中加工多个表面，甚至是加工全部表面，也可以一套夹具同时装夹多个工件进行加工，减少机床的停机时间，以充分发挥数控机床、加工中心等的高效性能[3]。

3 组合夹具元件分类

按元件定位连接形式不同，组合夹具主要分成槽列组合夹具和孔系列组合夹具两大类型。

槽列组合夹具是上世纪四十年代发展起来的，通过键与槽来确定元件之间相互位置的一种组合夹具（靠槽定位、螺栓紧固）[3]。沈阳黎明公司在槽系列组合夹具的功能开发和推广应用已经非常广泛。槽系列组合夹具的优点是拼装方便，调整简单，对工人技术水平要求低，适应各种复杂零件的复杂夹具结构。由于槽系列组合夹具是靠元件之间的摩擦紧固，因此它的缺点是与孔系列组件比定位精度比较低，多件组合连接时强度不好，在大切削量的加工中夹具的承力能力不强，夹具的定位尺寸容易受到运输和使用的过程中的敲击和撞击等外力的影响而出现定位元件产生位移。

孔系列组合夹具是上世纪八十年代发展起来的，通过销和孔确定元件之间相互位置的一种组合夹具[4]。由于孔系列组合夹具是以销和孔定位，故而它优点是精度高、刚性好、可靠性好，适合加工精度要求高的零件。由于孔系列组合夹具的装配主要依靠计算机计算装配尺寸，因此它缺点是对组合夹具拼装人员的技术水平和组合夹具设计人员计算能力要求高，调整难度大，装配效率相对于槽系列组合夹具低[4]。

综上比较得出，由于孔系列组合夹具元件自身所具有的高精度的定位精度，高精度的特点，不难看出，用孔系列组合夹具组装飞机发动机精密零件夹具，更适用解决导向叶片观察孔加工的问题。我们组合夹具站曾经用槽系列组合夹具组装过几套夹具，但效果都不理想，加工前三个叶片时，孔的位置精度还能保证，但由于槽系列组合夹具的本身不足之处，这几套槽系列组合夹具在精度和稳定性方面都不能满足加工的要求[4]。这更加坚定了我们选用孔系列组合夹具来解决精密零件的加工问题，这样既保证了零件的精度，又保证了制造周期，还降低了制造费用。

4 孔系列组合夹具的分类及设计原理

（M16）、中（M12）、小型（M8）三个系列；基础件、支承件、定位件、压紧件、紧固件、导向件、合件、其它件共八类元件。三个系列均以定位销定位；定位孔和螺纹孔是规律分布的，孔距各有不同；孔系夹具元件的定位孔采用镶套结构。它的设计原理是在40mm×40mm定位间距均匀分布的基础板上，以任意孔为圆点做0.01mm级差的直线调整，它的装配精度能够满足夹具积累误差不大于零件尺寸公差的1/3～1/5。孔系列组合夹具的两销一面的刚性定位结构，稳定性可与专用夹媲美。

5 结束语

在工作流程上优化专用夹具派工制造的流程，就可从源头上控制专用夹具的派工数量，必然会加大组合夹具推广力度。在技术提升上，做好孔系列组合夹具开发拓展，加强组合夹具人才的培养，就能不断提升组合夹具的技术能力。现在的沈阳黎明公司已经采用可循环使用的组合夹具来完成工艺准备过程，将夹具的生产准备周期压缩为1-2天，可以节省90%的夹具设计制造时间；节省95%的夹具制造材料费用；节省90%的夹具存储保管费用和存储保管场地。目前，沈阳黎明公司的组合夹具每年就可以为全公司节省专用夹具制造费用达到1000万元之多。组合夹具确实可以大幅度提高新型号飞机发动机的研发速度，能大幅度节省生产准备时间和巨大的夹具制造费用，因此组合夹具是解决航空发动机制造业快速发展瓶颈的一种有效途径，也能为航空发动机制造业快速发展提供有力的保障。

[1]李增志.组合夹具组装技术手册[M].北京：中国航空工业总公司第三0一研究所出版，1997.

[2]赵志鹏，唐汇玮.UG NX5完全自学手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[3]宋恕良与李天聪合编.组合夹具组装手册.保定：国营向阳精密机械厂出版，1985.

[4]孙大涌.先进制造技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

Hole Series Modular Fixture in the New Machine Research App lication

QIMeng-lei
(Liaoning Institute ofMechatronic Technology，Liaoning Dandong 118009，China)

Aircraft engine partsmachining high precision,while using CNC boring and special tooling for processing,themanufacturing costs caused bywaste.This seriesofmodular fixture through hole componentassembly outof the hole seriesmodular fixture to discuss the combination of high-precision partsmanufacturing fixture in the promotion and application process for the aircraftengine company to reduce production costs prepared to explore a shortcut.

tooling；hole seriesmodular fixture；reduce costs

TP216

A

1672-545X（2014）04-0234-02

2014-01-08

齐孟雷（1979—），男，河北衡水人，辽宁机电职业技术学院讲师，机械工程硕士，主要研究方向为机械设计制造与自动化。