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天凌高實業(yè)專注于好焊臺、三維柔性組合夾具、三維柔性焊接平臺、柔性焊接工裝夾具、三維柔性焊接工裝、焊接工裝夾具、機(jī)器人焊接平臺、機(jī)器人焊接工裝夾具、焊接機(jī)器人工作站和提高生產(chǎn)效率解決方案的研發(fā)和運營。
隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及三維數(shù)字化定義在飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計中的廣泛應(yīng)用，各種軍用和民用飛機(jī)試制速度加快，研制周期更短，制造精度要求更高。特別是在新機(jī)研制階段，導(dǎo)管的空間走向處于反復(fù)疊代、不斷優(yōu)化的過程中，飛機(jī)導(dǎo)管普遍呈現(xiàn)多品種、單件生產(chǎn)的趨勢。在這種情況下，采用專用焊接夾具生產(chǎn)焊接導(dǎo)管的工藝方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代飛機(jī)在研制階段高精度、多品種、短周期的制造需求?？紤]到柔性組合夾具的通用性、可反復(fù)拆卸、可重復(fù)使用的特點，可用柔性組合夾具代替專用焊接夾具實現(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)管數(shù)字化快速制造。
對于由支管、管接頭、法蘭盤組成的焊接導(dǎo)管，導(dǎo)管的空間尺寸除了涉及支管、管接頭、法蘭盤本身的數(shù)據(jù)外，還涉及每項支管、管接頭、法蘭盤之間的相對位置，很難用數(shù)據(jù)直接表述。為保證支管、管接頭、法蘭盤之間的相對位置關(guān)系，專用焊接夾具是焊接導(dǎo)管生產(chǎn)過程中必需的工藝裝備。雖然每項焊接導(dǎo)管需要配置一套專用焊接夾具，而且專用焊接夾具的設(shè)計/制造周期長、成本高，而柔性組合夾具滿足了現(xiàn)代飛機(jī)研制過程中生產(chǎn)效率高、質(zhì)量一致性好的要求，在飛機(jī)焊接導(dǎo)管批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。
柔性組合夾具的特點
柔性組合夾具通常簡稱組合夾具，是工裝柔性化的典型代表。柔性組合夾具是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備，它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性的標(biāo)準(zhǔn)元件和組合件，按工件的加工要求組裝而成的柔性夾具。它可以拆卸、清洗，可重新組裝成新的夾具，其應(yīng)用非常普遍，尤其適合于多品種、小批量的生產(chǎn)。由于柔性組合夾具的平均設(shè)計和組裝時間是專用夾具所花時間的5%-20%，可以認(rèn)為柔性組合夾具就是柔性夾具的代名詞。柔性組合夾具的特點主要有：
(1)精度高。柔性組合夾具的元件具有較高的尺寸精度、幾何精度、較高的硬度和耐磨性，這種精度將會反映在用戶所制造的產(chǎn)品中。對于2m左右見方的大型工件，在采用合理的方案夾持后，夾具的平面度、直線度、平行度、垂直度可以控制在±0.2mm以內(nèi)。
(2)通用性強(qiáng)，可重復(fù)利用。柔性組合夾具是在夾具元件高度標(biāo)準(zhǔn)化的前提下發(fā)展起來的，具有完全互換性。元件的平均使用壽命可達(dá)15年以上。柔性組合夾具的組裝如同搭積木一樣，由于它拼裝起來變化多，夾具結(jié)構(gòu)型式變化多種多樣，能滿足各種零部件的加工要求。
(3)適用范圍廣。柔性組合夾具適用于機(jī)械制造業(yè)中的車、銑、刨、磨、鏜、鉆等工種，在劃線、檢驗、裝配、焊接等工種也得到廣乏應(yīng)用。
(4)生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高。柔性組合夾具用后拆散，元件可以繼續(xù)使用，這樣不但能減少夾具庫存和夾具報廢導(dǎo)致的浪費，而且能節(jié)省夾具制造的時間和費用，從而降低生產(chǎn)成本，提高勞動效率。
猶如人體的血管一樣，導(dǎo)管是現(xiàn)代軍機(jī)、民機(jī)上最重要生命線，它將各種介質(zhì)輸送到發(fā)動機(jī)、起落架、座艙等各部位，滿足飛機(jī)燃油、液壓、環(huán)境控制等系統(tǒng)的各種需求。以一架配置兩臺發(fā)動機(jī)的軍機(jī)為例，導(dǎo)管的數(shù)量超過2000項，其中有25%-35%為焊接導(dǎo)管，導(dǎo)管制造技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代飛機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
技術(shù)方案與關(guān)鍵技術(shù)途徑
針對飛機(jī)導(dǎo)管焊接夾具制造中存在的問題，充分考慮飛機(jī)研制階段多品種、單件生產(chǎn)的特點，以CATIA三維設(shè)計系統(tǒng)為平臺，以知識工程技術(shù)為手段，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)元件參數(shù)化建模系統(tǒng)、計算機(jī)智能推理系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)元件替代系統(tǒng)、精度校核系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)元件管理系統(tǒng)，用導(dǎo)管的三維模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)實樣，實現(xiàn)組合焊接夾具的數(shù)字化快速設(shè)計制造，從而滿足新機(jī)研制高精度、多品種、短周期的制造需求。圖1為柔性組合夾具三維數(shù)字化設(shè)計信息流程圖。其中關(guān)鍵技術(shù)途徑包含元件參數(shù)化建模、夾具方案知識庫構(gòu)建、夾具裝配智能推理、精度校核與驗證。
1 、元件參數(shù)化建模
(1)對現(xiàn)有基礎(chǔ)板、支座、支架、壓塊、墊片、接頭、銷釘、鉆套標(biāo)準(zhǔn)元件進(jìn)行分析，按不同的使用功能、定位方式、安裝要求進(jìn)行分類統(tǒng)計，確定標(biāo)準(zhǔn)元件建模方式、建模基準(zhǔn)、建模要求。
(2)在CATIA平臺上開發(fā)三維模型參數(shù)化建模系統(tǒng)，一種標(biāo)準(zhǔn)元件只需人工建立一個標(biāo)準(zhǔn)三維模型，模型中尺寸定義為參數(shù)變量，同時對應(yīng)建立一個Excel文件，將模型中參數(shù)與Excel文件中參數(shù)實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，增加、修改、刪除Excel文件中數(shù)據(jù)則實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)元件三維模型參數(shù)化建模。
(3)考慮導(dǎo)管焊接夾具的特殊性，針對非標(biāo)準(zhǔn)的夾具元件(如導(dǎo)管端頭定位器)，需要單獨建立三維模型，在人工進(jìn)行組合夾具優(yōu)化設(shè)計與調(diào)整時使用。
(4)元件參數(shù)化建模時，需要根據(jù)裝配要素建立多個參考坐標(biāo)系，為后續(xù)夾具裝配智能推理奠定基礎(chǔ)。圖2是組合夾具標(biāo)準(zhǔn)元件參數(shù)化建模界面。
2、 夾具方案知識庫構(gòu)建
(1)收集和整理不同直徑、不同材料焊接導(dǎo)管夾具方案，對夾具方案的典型特征、典型結(jié)構(gòu)分析統(tǒng)計，提煉出典型結(jié)構(gòu)要素和典型夾具方案。
(2)對典型結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行參數(shù)化表達(dá)，按尺寸大小、定位方式、幾何精度、工藝要求對典型結(jié)構(gòu)要素賦予不同參數(shù)和邏輯關(guān)系，形成典型結(jié)構(gòu)要素庫。最典型結(jié)構(gòu)要素有基礎(chǔ)板、V型拖架、定位器、壓塊等。
(3)根據(jù)焊接導(dǎo)管的特點，對典型夾具方案的結(jié)構(gòu)形式、約束方式、先后順序進(jìn)行參數(shù)化表達(dá)，賦予不同參數(shù)和邏輯關(guān)系，形成典型夾具裝配要素庫。最典型夾具裝配要素如表1所示。
(4)對于特別通用、常見、典型夾具結(jié)構(gòu)，由技術(shù)人員手工利用典型結(jié)構(gòu)要素、裝配要素設(shè)計出典型柔性夾具方案庫。在最初階段，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管特征多建立典型夾具方案。夾具的典型結(jié)構(gòu)要素庫、裝配要素庫、方案庫共同組成柔性夾具方案知識庫。
3 、夾具裝配智能推理
夾具裝配智能推理是一個CATIA環(huán)境下參數(shù)化驅(qū)動的算法流程。主要是利用柔性夾具方案知識庫中的知識條件，對導(dǎo)管模型進(jìn)行逐條分析對比，選擇標(biāo)準(zhǔn)元件，實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動與裝配。
(1)在CATIA中對導(dǎo)管三維模型自動(或人機(jī)互動)進(jìn)行參數(shù)化提供。
(2)根據(jù)導(dǎo)管模型參數(shù)從知識庫中找到典型夾具方案，并根據(jù)導(dǎo)管模型參數(shù)調(diào)整典型夾具方案中標(biāo)準(zhǔn)元件的規(guī)格。由于標(biāo)準(zhǔn)元件采用參數(shù)化驅(qū)動，刷新CATIA界面時，原有的裝配約束關(guān)系保持不變，系統(tǒng)自動用新規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)元件的三維模型代替舊的三維模型，實現(xiàn)夾具裝配智能推理。
以導(dǎo)管長度增加為例進(jìn)行詳細(xì)說明，如圖3所示。夾具首次設(shè)計時，輸入L0的值，選擇合適長度的底座;將底座上表面與定位器下表面約束共面;將定位器上孔與導(dǎo)管端頭中心線約束同軸;將定位器內(nèi)表面與導(dǎo)管端頭面約束共面，作為一種典型的夾具方案。如果下次導(dǎo)管變化，增加了L0的值，系統(tǒng)以本夾具方案為基礎(chǔ)，首先由系統(tǒng)計算(或人工輸入)L0的增加量ΔL，從數(shù)據(jù)庫中選擇一種長度增加量大于且最接近ΔL的底座，進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動，底座自動換用加長后的底座。當(dāng)系統(tǒng)刷新CATIA界面時，由于定位器與導(dǎo)管端頭同軸、共面，定位器只能沿導(dǎo)管加長方向移動，移動的長度恰好為ΔL，從而實現(xiàn)夾具裝配智能推理。
(3)如果沒有典型夾具方案，根據(jù)導(dǎo)管模型參數(shù)，確定夾具的典型結(jié)構(gòu)要素、裝配要素，并選擇對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)元件的規(guī)格，在CATIA中將不同標(biāo)準(zhǔn)元件的參考坐標(biāo)系重合，實現(xiàn)基本的結(jié)構(gòu)要素裝配。這種情況需要人機(jī)互動增加專用夾具元件、補(bǔ)充裝配約束條，并對夾具進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，實現(xiàn)夾具智能裝配。
4 、精度校核與驗證
(1)以用戶指定的坐標(biāo)點/系為基準(zhǔn)，在CATIA環(huán)境下測量柔性組合夾具特定位置(如導(dǎo)管端頭定位器)的理論精度，確定能否滿足預(yù)期要求。柔性組合夾具精度校核界面如圖4所示。
(2)工人依據(jù)柔性組合夾具方案，采用規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)元件與連接方式組裝柔性組合夾具。
(3)采用數(shù)字化的測量設(shè)備，在柔性組合夾具上測量組合夾具特定位置(如導(dǎo)管端頭定位器)的實際精度是否滿足理論精度要求，確保實際的柔性組合夾具與理論的柔性組合夾具在位置、精度上的一致性。
典型應(yīng)用
目前，公司開發(fā)了柔性組合夾具的三維數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)，并成功應(yīng)用在飛機(jī)導(dǎo)管數(shù)字化快速制造中。對燃油、環(huán)控等系統(tǒng)100余項焊接導(dǎo)管，以導(dǎo)管三維模型為依據(jù)，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)元件參數(shù)化建模、計算機(jī)智能推理、標(biāo)準(zhǔn)元件替代、精度校核，實現(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)管CAD/CAM數(shù)字化制造。應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，用導(dǎo)管數(shù)模代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)管樣件進(jìn)行柔性組合夾具三維數(shù)字化設(shè)計制造后，生產(chǎn)模式由“被動式”轉(zhuǎn)為“主動式”，導(dǎo)管數(shù)模的利用率達(dá)100%，數(shù)字化制造的導(dǎo)管一次試裝合格率達(dá)78%，縮短了飛機(jī)導(dǎo)管制造周期2個月。
天凌高實業(yè)是一家好焊臺,三維柔性組合夾具,三維柔性焊接平臺,柔性焊接工裝夾具, 三維柔性焊接工裝,焊接工裝夾具,機(jī)器人焊接平臺,機(jī)器人焊接工裝夾具,焊接機(jī)器人工作站集成方案解決與制造的專業(yè)提供商;集研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、銷售及服務(wù)于一體的現(xiàn)代化民營企業(yè)。
