多点定位柔性夹具的结构设计.pdfVIP

· 现代设计与先进制造技术 · 房泽鲁 汤军社 赵慧凯 多点定位柔性夹具的结 兰 多点定位柔性夹具的结构设计 房泽鲁，汤军社，赵慧凯 (西北工业大学 机电学院，陕西 西安 710072) 摘要：根据当前飞机蒙皮钣金件曲面复杂、种类繁多、精度要求高等特点，提出了一套柔性夹具的 设计方案，并对其铰头结构进行了分析计算，建立了数学模型。对于承载横梁的设计，给出了一 种优化设计思路，并检验 了其合理性。 关键词：柔性夹具；万向铰头；ANSYS 中图分类号：TH133．5；TH122 文献标识码：A 文章编号：1672—1616(2010)13—0031—04 航空工业是一个国家工业实力的集中体现，该 设计分析，并对该系统刚度的增加和减轻材料质量 领域 内集中了各领域的尖端技术，它的持续发展将 作了研究，进而实现了该套装置结构的定型，为整 推动着新材料、通信及先进制造等技术的发展。为 套系统的完善奠定了基础。 此，现阶段国家大力发展航空工业，与此同时困扰 其发展的诸多技术及装备问题亟待解决。 1 系统结构总体方案 飞机制造具有结构尺寸大、零件形状复杂且种 柔性夹具机械本体由3部分构成，单元立柱完 类繁多、气动外形严格及加工精度高等特点uJ。 成竖直方向的进给，横梁支架支撑单元立柱完成横 目前随着我国数字技术的发展以及数控机床技术 向进给，横梁导轨及其传动丝杠完成横梁的纵向进 方面的突破，机加件已实现了全数字集成制造，但 给，方案如图1所示。系统要求机械运动系统 x， 是钣金件由于柔度大，难以使用传统夹具夹持，因 y，Z的最大工作范围为 1O00mmX1O00mmX 此难以实现全程数字化的柔性制造。国内各大航 200mm，X，Y，Z坐标移动速度均为0～5m／min， 空集团主要采用传统的模线样板和标准样件等传 x，y，z3坐标直线定位精度 ±0．08mm／~长， 统的模拟量工作法，应用仿形架固定钣金件 以实现 X，y，Z3坐标重复定位精度 ±0．05mm。 后续的机加工，大大增加了飞机制造的准备周期和 成本。随着机种的增多，钣金件种类大幅增加，其 夹具也 占用了企业大量的管理资源和库存面积。 因此，钣金件装夹制造成为飞机全机数字化制造、 装配的瓶颈。 为实现钣金件的快速装夹，波音公司及空客公 司都在使用一种多点柔性夹具，该夹具由西班牙 TORRES公司生产制造，可用于蒙皮壁板高速切 边和钻铣等加工。该夹具又称 T0RRESMILL和 TORRESTOOL系统，可以满足各种型号飞机钣金 件的加工制造，其通用性较强，具有全面推广的趋 势。国内各大飞机制造公司也必将 向着这一趋势 发展，实现装夹过程的数字化，因此该套系统在国 内有着很广阔的市场前景。 本文借鉴TORRESMILL系统，提出了一套针 对该类夹具的设计方案，对其中的关键结构进行了 图1 装配图 收稿 日期：2010—03—17 作者简介：房泽鲁 (1984一)，男，山东德州人，西北工业大学硕士研究生，主要研究方向为机电一体化。 32 ． 2010年7月 中国制造业信息化 第39卷 第 13期 在该三层机构中，纵向支撑机构不作运动，与 求解过程如下： 地基直接连接，跨度可调节，受力变形较小，在力分 根据式(1)中 析中不作重点考虑。单元立柱受力模型简单，根据 a／5≤ 受力大小只需选择立柱管件的尺寸，就可完成该机 _ 构的设计，但由于吸附铰头须有定位