柔性工装的结构设计与应用研究

【摘要】2 柔性工装的结构设计研究 2.1 柔性工装结构设计的概念 我们提到的柔性工装结构是由标准件、基础件、合件、功能组件、单元模块等按照特定功能拼装而成，能够满足工艺要求，并能快速...

摘 要：本文通过对柔性工装的结构设计与应用阐述，从概念、特点、作用、设计方法到实际应用入手，分析组合工装结构设计与拼装和工装结构模块化设计与制造的各自优势，以创新为主线，论述柔性工装的结构设计、制造、管理与快速换装的新思路、新方法。

关键词：柔性工装；模块化设计；快速换装；数据管理

中图分类号：TU973+.3 文献标识码：A

1 概述

我们提到的柔性工装结构设计从实用角度看包含三方面内容：一是工装元件能够灵活重组，元件、组件、合件能够重复分解和有机拼装，实际应用中实现预定的功能，重组后实现特定结构的柔性化；二是柔性工装的结构设计，这里引进模块化设计理念，需要预先建立数据库包括标准建库、模块元件库、单元模块库，利用设计软件根据实际用途灵活快速组装设计，完成柔性工装的图纸预设计，可以在产品本工序未加工前实现工装按计划组装；三是工装在设备之间的换装，要实现柔性快速换装，这就要求在设备上增加快换接口，达到同一工装能够快速在不同设备之间换装，不同工装在同一设备上实现快换，以达到换装的柔性化，这就需要进一步研究被加工零件与工装之间快速定位夹紧与换装。

2 柔性工装的结构设计研究

2.1 柔性工装结构设计的概念

我们提到的柔性工装结构是由标准件、基础件、合件、功能组件、单元模块等按照特定功能拼装而成，能够满足工艺要求，并能快速拆分重组的工装结构。要求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、功能组件组装成各种工装结构，组装灵活方便，适应范围广。

2.2　柔性工装结构设计方法

近年来，高科技的普及和专业软件的开发，虚拟装配的应用，为柔性工装结构设计、数据管理提供优越的条件。为此我们研究柔性工装结构设计。从2005年开始我们应用在UG平台上开发的组合工装结构设计kbe系统（西安易博开发）。它以UG系统为平台并与UG实现无缝集成。既可由用户选择系统提供的标准件、组件来进行虚拟装配，也可用系统提供的知识库（kbe）功能进行智能化选择标准件和组件进行虚拟装配（采用保定向阳厂生产的槽系中系列组合夹具元件）。

3　柔性工装的模块化结构设计研究与探索

近年来，我们研究模块化设计，把组合工装结构设计思路用于专用工装结构设计，以提高设计速度和准确性，为以后的工装专业化设计、制造打好基础。因此，我们同样需要建立模块库，作为模块化设计的基础。

如何建立模块库，建成一个什么样子，什么样的要素可以作为模块，需要我们认真研究。

研究表明，在工装典型结构中，能够实现特定功能，并且应用过程中拓扑结构相对固定的组合或单元体称为模块。我们需要筛选不同种类工装结构，找出常用的典型结构，进一步拆分单元体，按照模块定义找出能够称为模块的部分，经专家论证后作为模块结构。将这些模块归类、参数化建模，并制定模块分类和命名原则，按照工装专业建库，将参数化模块模型分类入库，添加属性和预览图。

工装模块化程度提高，亦给工装制造带来方便，如果工装制造部门预先准备部分模块元件，工装制造时，如果直接能够应用的省去制造时间，能够实现快速反应，节省成本。

4　工装与设备的柔性快速换装

研究柔性工装的结构设计方法，我们采用了基于UG平台的kbe设计工具及基于UG的工装模块化设计系统，组合工装结构制造采用标准件、元件、组件实现结构拼装；模块化工装制造，是在模块元件、单元模块实现高度系列化、标准化、通用化的前提下，已经储备足够数量的库存情况下采用标准件、模块元件、单元模块进行拼装；工装的结构设计与制造实现快捷方便，我们进一步需要研究工装实际应用过程中与设备的快速换装问题。

对于工装与设备的柔性快速换装，我们需要在设备平台上设置快换接口，经研究试验，2005年到2008年间我们引进瑞典的system3R“零点定位系统”。

换装的思路是，将基准平台安装在设备工作台面上，拉直其中两定位孔，将其固定在设备工作台上作为设备附加工作台，找正基准孔位置并存储其位置坐标值，找正基准平台顶面高度坐标并存储，利用基准平台上开设的100±0.005mm的矩阵孔，使基准平台上任何一定位孔坐标已知；在工装底座上对应位置仅需加工对应两孔，每次将工装安装在基准平台对应位置上，通过计算就能很快知道工装按安装的具置，不用打表找正，方便快捷，重复定位精度高。

对于组合夹具基础板要求定制两个或多个定位孔，以满足工装快速换装。

5 柔性工装实际应用

结合本集团公司生产特点，我们将研究的柔性工装结构设计与制造应用与新机研制，并结合当前技术领域推行的工艺工装一体化进程，推广组合工装结构设计与拼装，推广工装结构模块化设计与制造，已经逐步扩展到各生产线。

下面是几组柔性工装结构实际应用的实例。该工装是采用组合夹具元件拼装的用于测量直线度，采用双向顶尖定位，球型销支撑结构。该工装用于车床加工内径和端面，采用外径和底面定位，压板压紧结构。

结语

在换装方面，我们尚需继续研究被加工零件与工装之间快速定位夹紧与换装。能够解决目前存在的问题，早日实现工程化应用。

工装结构模块化设计的不断探索将为工装设计与制造带来新的理念与方向。科技要创新，思路要拓宽，我们要为今天的制造业发展走出新的路子。

参考文献

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[2]韩荣第，王扬，张文生.现代机械加工新技术[M].北京：电子工业出版社，2003.

[3]秦国华.机床夹具的现代设计方法[M].北京：航空工业出版社，2006.