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航空工業慶安公司以雄克模（mó）塊化零點快換係統加速智能化生產轉型（xíng）

2021-7-14 來源：作者：

　　航空製造業一直在麵對（duì）產品質量、交貨期（qī）、生產管理等嚴苛挑戰，“十四五”發展規劃中，航空工業還作出了打造“數智（zhì）航空”新業態的戰略部署。作（zuò）為我國（guó）唯一集航空機載武器裝備、飛（fēi）行器（qì）操縱控製（zhì）係統（裝（zhuāng）置）兩大專業優勢為一體的機載設備生產（chǎn）企業——航空工業慶安集團（tuán）有限公司（以（yǐ）下簡稱（chēng）慶安公司），在全麵進行“提質（zhì）增速”、“創新生產”任務達成的同時，果斷開啟了戰略變革：由（yóu）傳統加工向自動化、數字化加工轉型。從頂（dǐng）層設計到具體工藝，慶安公司極（jí）其注重整體生產工藝優化的可（kě）持續（xù）性，技術團（tuán）隊突破以（yǐ）數控機床投資優化為主導（dǎo）的傳統理念，進一步在提升機床利用率、自（zì）動上下料等（děng）方麵動腦筋，以小博大。

　　南京航（háng）空航天大學機電學院李亮教授曾指出（chū）：“隨著智能製造理念（niàn）的實踐深入，曾一度被忽視的工裝夾具，在工藝流程中的重要性突顯，以‘小工裝’撬動整個產線自動化升級的應用（yòng）更是屢見不鮮（xiān）。柔性、精密、標準、智能是現代工裝夾具的（de）發展方（fāng）向（xiàng），模塊化工裝應（yīng）用代（dài）表了發展所趨，有利於企業加（jiā）速進行深度數字化、智能化生產。”

　　慶安公司技術團隊深諳其理，從工件裝夾這（zhè）一細節工序著手，基於業內（nèi）最為（wéi）領先的零點（diǎn）定（dìng）位係統對廠內某一關鍵係列零（líng）件的夾持方案進行了全麵更換與優化，實現（xiàn）了43種產（chǎn）品的全覆蓋夾持，並計劃將這一項目的成功思路（lù）拓展到更多零件（jiàn）的應用中。“雄克公司是零點定位係（xì）統的領先者，它（tā）的產品性能優勢明顯，更重要（yào）的是，能結合我們現有的（de）生產需要來定製方案，它的設（shè）計能力，還可以為我們下一步持續優化打下（xià）基礎。”慶安技術團隊相關負責人表示。

　　耗時費力、品（pǐn）質不穩定，傳統裝夾方式急需改善（shàn）

　　在（zài）進行裝夾工藝優化前，慶（qìng）安（ān）公司技術團隊先對多款同類型的殼體零件進行了細致（zhì）分類，基於各（gè）種零件不同的工藝組成情況，最終確定了一款具備典（diǎn）型特性的測試零件。

　　如圖1所示，該款殼體（tǐ）零件有著鏤空的圓柱體形狀，以及左右兩側對稱且（qiě）帶有圓孔（kǒng）的耳片（piàn）結構。在原有（yǒu）的工藝方案中，此零件（jiàn）的定位基準使用的（de）是零件內孔齒頂圓及定位工（gōng）藝孔。

　　裝夾時，選用傳統“一麵兩銷”的裝夾方式，當一次裝夾後，加工零件的上表（biǎo）麵內腔及外輪廓；加工完成後，人工換裝以加工下表麵內腔；而後再拆裝兩次，完成左、右耳（ěr）片輪廓及孔的加工。至整個零件加工完（wán）成，需要兩套夾具主體（如圖（tú）2），以及4次人工裝夾操作。

圖1 殼體機構複雜

圖2 夾具主體（tǐ）

　　“傳統裝（zhuāng）夾的最大問（wèn）題就是產品裝夾與產品（pǐn）換（huàn）型的效率低下。以此零件（jiàn）為例（lì），加工中人工裝夾的時間大概在5分鍾，4次（cì）裝夾就是20分鍾。另外，在加工完成後需（xū）要更換另一型號零（líng）件時，由於現有夾具的齒頂圓定位芯軸與夾具本體為固定裝配，不能用於其他直徑的零件，因此需要進行包括（kuò）拆卸清理、更換夾具、裝夾找正等長達11道（dào）工序的重（chóng）新裝夾操作，所需時（shí）間更是超過60分鍾。”慶（qìng）安公司技術（shù）團隊負責人表示，“人工裝夾時，機床必須處於停滯（zhì）狀態（tài），這也直接導致（zhì）了生產效率的下降。”

圖（tú）3 傳統（tǒng）裝夾方式下產品換型流程圖

　　過度依賴人工裝夾，所帶來的（de）另一大問題就是加工精（jīng）度的不（bú）穩定（dìng）。由於操作人員技能水平的差異（yì），在產品（pǐn）換（huàn）型裝夾、找正（zhèng）夾具精度上會產生偏差，造成定位基準（zhǔn）不一致，由此而帶來的加工質量（liàng）不穩定的（de）情況時常（cháng）出現。大量的人工幹預也無法滿（mǎn）足慶安（ān）公司未來計劃使（shǐ）用機器人進行（háng）上下（xià）料的自（zì）動（dòng）化需求。除此之外，還有傳統夾具（jù）通用性（xìng）差所引起的夾具庫存（cún）大（dà）、成本浪費，以及可插拔定位銷易對夾具本體和銷子造成磨（mó）損，降低夾具定位精度等多種問題困擾。

　　全新（xīn）方案設計：零點快換係統+芯（xīn）軸+快換拉釘

　　以上提到（dào）的這些困擾還僅限（xiàn）於測試的一個零件，而慶安公司這一類殼體（tǐ）零件的種類（lèi）就超過了40種，如何優化裝夾方（fāng）案，縮短加工準備時間，提（tí）升生產效率與產品品質呢？技術團隊在（zài）多方思考與對比下選擇（zé）了零點快換係統。

　　零點快換係統是當前工裝夾具標準化趨勢下的一項創（chuàng）新技術，是（shì）機床工（gōng）作台與工件（或夾具）的一個（gè）標準接口，在數秒內，即可通過一個或多個定位銷將工件、夾持（chí）裝置、托盤與機床端（duān）的夾持（chí）係統快速緊固連接，精確地夾緊在設備中，從而提（tí）升不同工藝的轉（zhuǎn）化和設備連（lián）接的通用性，將整個製造資源的匹配最大化（huà）。

　　“我們非常看（kàn）重雄克公司的設計能（néng）力，當我們提出改進需求（qiú）後（hòu），雄克的技術力量第一時間便來到車間現場，共同進行具體裝夾方案的分析討論（lùn）以及加工測試。我們不僅僅看重這一個零件的優（yōu）化，而是希望能借鑒他們的專業（yè）設計能力和（hé）全球化（huà）的應用經驗，在實現該類零件（jiàn）提質、增速需求的同時，將模塊化工（gōng）裝的（de）思路進一步拓展至整體。” 慶安（ān）公司技術團隊負責人說道（dào）。

　　“我們在航空零件夾持方案的（de）優化設計（jì）上有著（zhe）豐富的經驗，慶安公司的需求比較典型，但也有其特（tè）殊性，基於零件的結（jié）構特征、加工工藝，並（bìng）綜合考（kǎo）量生（shēng）產效率、成本節約、空間布局以（yǐ）及慶安公司想要適應未來加工品質（zhì）提升與加工需求拓展等多方因素，我們為其提供（gòng）了定製化的解決方案——‘零（líng）點（diǎn）定位（wèi）係統+芯軸+快換拉釘’夾持方案。” 項目負責人，雄克公司高級技術經理麻曉傑表示。

　　這一夾持方案（如（rú）圖4），在不改變（biàn）原有工藝方（fāng）案及定位（wèi）基準的情況下，通過（guò）由基礎底座、零（líng）點定位器、液壓芯軸、零點快換拉釘（dìng）和變徑套組成的工裝係統，實現一次裝夾加工（gōng）3個表麵，再通（tōng）過零（líng）點快換的方式，快速切換到工件反麵與（yǔ）側（cè）麵的加（jiā）工（gōng）工位，大大簡化了原有的裝夾流程，提升了裝夾效率與精度。

圖4 “零點定位係統（tǒng）+芯軸+快換拉釘”夾持方案

　　零件在機床外通過液（yè）壓芯軸鎖緊後（hòu），利（lì）用零點快換方式安裝於4軸加工中心的工（gōng）作台上（shàng），而後隻需將（jiāng）角向限位（wèi）安裝到位，即可開始加工產品的正麵輪廓。一麵加工完成後，再通過簡單的（de）4軸正、負向旋轉90°，實（shí）現兩側耳片輪廓的切削加工。

　　產品反麵特征的加工則更為便捷，也是此新方案的一大亮點。雄克技術人員根據零件的結構（gòu）特征，在液壓芯軸的（de）的正（zhèng）反兩側（cè）均製作了（le）快換接口，當正麵輪廓加工完成後（hòu），隻（zhī）需將芯軸調換180°，即可立即（jí）對工件反（fǎn）麵進行夾持加工（gōng），這樣創新性（xìng）的設計思路不僅最大（dà）程度提升了裝（zhuāng）夾效率，也將夾具的柔性無限拓展。當（dāng）外輪廓與正反麵特征均加工完成後，將夾具側置安裝在4軸加工中心的法蘭上，通過4軸的旋轉，可最後完成產（chǎn）品兩側耳片上斜孔的加（jiā）工。

　　在產品換型的裝夾中（zhōng），對於不同齒頂圓直徑的零件也無需（xū）再更換整個夾具主（zhǔ）體，隻需在一套夾具基（jī）礎底座上增加零點快換係統和可移動定位銷，同時通過更（gèng）換芯軸和（hé）芯軸的變徑（jìng）套（tào）以及（jí）端麵定位裝置，調整定位銷位置或更換不同規格定位銷即可（kě）實現（xiàn）不同零件的快速（sù）更（gèng）換與夾緊（jǐn）。

　　柔性、複用（yòng）的模塊化工裝帶來極致高效

　　通過雄克模塊化零（líng）點快換裝夾方（fāng）案，工件在加工中人工裝（zhuāng）夾（jiá）的操作時間從原來的5分鍾縮短至1分鍾，在產品換型時的（de）裝夾中，由於無需（xū）更換夾具底座並（bìng）重新找正，裝夾效率顯著提高，時間從60分鍾大幅縮短至10分鍾。

圖5時間對比（bǐ）表

　　同時，基於零點定位係統和液壓芯軸（zhóu）的配合，不同零件的換型裝（zhuāng）夾操作（zuò）可在機床外進行。在實際生產過程中，可實現一套在機內加工，一套在機外裝夾工件，如（rú）發現工件需要返工時，也可以將（jiāng）芯軸和工件二次（cì）裝入機床，直（zhí）接加工。無需停機等待（dài）的（de）優勢更進一步提升了機床利用率、提高了加工效（xiào）率。另（lìng）外，用一套夾具覆蓋43種（zhǒng）同類（lèi）型產（chǎn）品，替換原有的28套夾具的強大通用性（xìng），大大減少了夾具庫存，降低了成（chéng）本投入，也為日後批量生產奠定了基礎。

　　保障加工品質，是采（cǎi）用雄克零點（diǎn）快換係統的另一大優勢。與傳統（tǒng）依賴人工手動裝夾、找正相比，液壓芯軸的定位精度小於0.003mm、零點定位（wèi）係統的重複（fù）精度在0.002mm以內，雙重精度的保障使得產品在實現快速換型的同時，工件的良率以及（jí）穩定性、經濟性都得到了大幅（fú）提升。

　　“慶（qìng）安公（gōng）司是航空機載（zǎi）設備的（de）領先企業，工藝技（jì）能紮實，對於品質的要求十分（fèn）嚴（yán）格，此次能（néng）夠攜手完成這（zhè）一（yī）裝夾工藝優化項目，我們備感榮幸。以（yǐ）夾持技術的創新設計最大程度地挖掘（jué）現有設備（bèi）所蘊含的生產潛能，是雄克始終致力所為的目標，此次用戶獲得滿意生產效果便是對我（wǒ）們的最大認可。慶安公司在方案設（shè）計之初便已要求我們（men）要為（wéi）下一步自動化（huà）升級打基礎，這樣的頂層創新（xīn）能力，這樣腳踏實地的技術團隊令（lìng）人佩（pèi）服。”麻曉傑對此項目不無感歎。

　　的確，對於慶安公司而言，采用模（mó）塊化工裝技術還有一層（céng）更為深遠的意義——賦（fù）能自動化轉型升級。無論是（shì）自動化生產還是數字化技術，其所（suǒ）作用的對象始終是要製造的工件，整個工藝流程設（shè）置的核心也是工件在不同設備的流轉，而這一流轉過程就離不開工裝夾具（jù）的（de）支撐。傳統的工裝夾具僅適用於（yú）人工（gōng）上下料，不能滿足機器人自動化的要求，慶（qìng）安公司技術（shù）團隊清晰地認識（shí）到了工裝夾（jiá）具技術優化對於生產（chǎn）邁入（rù）智能化階段的重要（yào）性，果斷采用（yòng）了前沿的智能化模塊工裝，並已將（jiāng）其輻射至工廠的更多應用領（lǐng）域（yù）。新一輪工業革（gé）命浪潮已經來襲，市場需求瞬息萬變，麵（miàn）對機遇和挑戰，慶安公司將（jiāng）持續致力智（zhì）能製造、數字化（huà）生產轉型，為建（jiàn）設新時代航空強國貢獻力量。

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