大型航空结构件加工自动避让夹具系统研究

大型航空结构件加工自动避让夹具系统研究

田春晓 张伟 邹秋芽 韩志斌 肖望东

陕西飞机工业有限责任公司 陕西汉中 723200

摘要：随着航空业的高速发展，现代飞机的性能要求也在不断提高。大型整体结构广泛应用于航天工业，以取代以前的铆接和螺栓复合连接结构。与传统机械零件相比，整个飞机零件的加工难度、强度大。实体部件非常复杂，形状精确，薄壁零件具有较低的位置刚性和快速加切除率。在NC加工过程中，变形是脆弱的。因此，航空航天大型整体结构的制造技术一直是航空航天工业面临的一个问题。

关键词：航空结构件；加工；自动避让；夹具系统

总体而言，我们的装夹具仍然以常规形式为导向。航空航天中数控加工装夹方法通常是简单的机械手工装夹。简单装夹受人为因素的影响很大。夹紧力和操作点的大小取决于实际加工经验。零件精度难以保证，处理效率低下。这样如缘条和腹板厚度不超过2mm的宽薄梁框架；如果装配不均匀或夹具控制不均匀，可能会产生过切。

一、自动避让夹具设计要求

1.夹具铣床的设计要求。为了经受高铣削力强度和断续切削引起的振动，设备必须具有足够的夹紧力、刚度和强度。为了确保设备相对于机床的准确位置，必须将校准心轴放在铣床的底面上。通常会设定刀具区块的相对位置，以使刀具与工件对齐。

2.自动避让夹具设计要求。为提高空间大型部件定位效率，开发了柔性自动夹紧系统。夹紧系统必须满足以下性能要求:(柔性工装:复杂组件的定位和夹紧，可以根据不同的尺寸、形状和尺寸进行调整。灵活性夹持点:具有灵活性，可以根据工件的形状和刚度特性进行优化。高精度:所有独立于工装的夹紧点均采用液压应力的形式，可快速准确地避免应力，从而提高夹紧速度和加工效率。夹点是独立的。允许在加工复杂结构零件时自动回避，以避免影响机床的运动。加工效率进一步提高，无需多次更换夹紧点。独立控制:系统由外部独立控制器控制，避免了现有机床系统的重组。

3.分析装夹难点。目前整个飞行结构的夹紧装置通常是基于定位孔插销定位和装夹的销定位方案。该装夹方法不仅定位了结构件，而且还装夹了结构构件。但是，薄壁零件在实际夹紧过程中具有较低的厚度和刚度。过大的力可能会影响工件的变形和质量。第二，不同工件的边不同于几何中心线，因此必须根据边带曲面的高度更改支承和夹具高度。最后，分析特定零件的距离和掣点数目。由于加工力的影响，夹紧距离过长，无法变形，控制柄过多，使控制变得复杂。

二、机械结构

1.底板。夹具系统建立在底板单元上，支撑夹具系统和加工元件，并为夹具系统的每个元件提供装配位置。因此，底板必须承载整个飞行结构和柔性构件的重量。在此选择的底板大小介于800*380*20毫米之间。底板的四个拐角处是吊装螺栓的M8螺纹孔。

2.吊环螺钉。是主要用于载荷的标准紧固件。它广泛应用于电气工程领域。在夹具系统中，必须根据技术和实际要求选择合适的夹具。根据的稳定运行情况，起吊选择型号、规格和吊环螺钉数量。合理布置，以确保夹具系的安全运行。

三、大型航空结构件加工自动避让的夹具的气动系统

1.工作要求。整个飞行结构的柔性夹具来自气动系统，以确保柔性夹具系统的正常运行。因此，气动系统是柔性夹具的重要组成部分。自动处理气动系统具有控制气动快速响应的能力，使自动回避工具能够在连续加工的同时发挥其功能。在加工过程中，可以保留夹紧力。如果电源突然关闭，夹紧力不能立即消失。可在所有夹紧点处调整夹紧力。气动夹紧装置的体积应足够小，组件应尽可能居中。本单元空气密度好，可避免泄漏电流。

2.制定气动系统的详细方案。此设计的可选减压阀。安装设备相对简单、密封性好且易于维护。换向阀选择三位5路电磁阀控制端。为了防止开关在运行过程中由于突然停电而松动，这里选择中封结构。为了在油路压力期间调整复位和夹紧速度，使夹紧力保持恒定，选择并组合了一个保压及节流阀，以实现速度控制的目标。

四、大型航空结构件加工自动避让的夹具的电气系统

1.电气系统控制要求和总体组成。控制要求。大型航空集成结构的柔性夹具有几个电磁阀，它们独立控制旋转缸的拧紧和松开。处理大型航空设备需要刀具位置检验系统。位置检测系统配备超声波和传感器设备。比例阀控制各个电路的压力，夹紧点的夹紧力和夹紧力连续可调。从电气系统。在自动避让的夹具整个大型航空公司的电气控制系统中，控制面板是提供信息、数据和显示的人界面，PLC是电气控制的核心，它控制气缸的复位和夹紧运动以及气动轮廓的压力。磁性开关检测气缸的复位夹紧路径。同时，检测单元通过超声波运动检测刀具位置和运动方向，并将相关信息传递给控制器。每个夹紧点处的夹紧力可以通过可编程的电动比例阀和控制系统量化，以便向闭环中的压力传感器提供压力信息。

2.控制面板。大型航空柔性夹具通常由压力表格、按钮、压力控制按钮和模式开关组成。在用户交互时，控制面板可以控制夹紧系统的停止或启动，自动切换到手动模式，重置或夹紧旋转夹紧缸，以及控制气动系统的压力控制。

3.PLC模块。在大型航空柔性夹具控制系统中，PLC主要控制设备核心的电气设备。PLC概述。可编程逻辑控制(PLC)允许对工业机械进行逻辑控制，并允许对工业机械进行自动控制。复杂的工业设备控制价格和维修人员维修困难得到了解决。由于这些优点，SPS在业界得到广泛应用。气缸控制模块。本文采用PNP三波段超声波保护装置，因此必须连接到声源。压力的控制。用PLC模块通过闭环控制每条夹紧气路路径的压力，进行控制夹持点夹紧力。

改进和进一步发展我国现有的工艺技术和设施；更合适，自动化避让夹具系统。本文设计的夹具系统结合了机械设备设计、气动电路控制和电气控制。由于控制系统对加工平面和夹持点，因此控制和夹持点之间的碰撞和冲突将在加工过程中得到解决。因此，它促进了我国航空航天零部件生产和开发的自动化。综上所述，本文的研究工作为丰富夹具设计理论在航空航天结构加工和夹紧中的应用提供了有价值的参考，也为我国航空航天结构加工企业未来发展自动化生产提供了有价值定义了参考意义。

参考文献：

[1]李亮.大型航空结构件加工自动避让夹具系统研究[D].大连:大连理工大学,2019.