关于智能装卡和无夹具制造

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航空航天零件智能装夹制造工艺技术

Delcam(中国)有限公司 翟万略

关键词：智能夹具制造系统、数控机床在线质量控制（OMV）、数控加工过程数据采集、自适应加工

航空航天蒙皮及其他零件的制造，大多为单件小批，设计过程完成后，往往需要工艺夹具设计部门设计较多的夹具系统才可以进行制造，通常一个机型（航空航天器）的夹具设计周期会伴随整个的制造周期，一个零件的制造通常要多套夹具系统才可以完成整个的制造，本文重点阐述，在航空航天器零部件制造过程中无夹具制造系统的原理和实施方法、以及数控机床在线质量控制技术。同时该工艺和适合其他航空航天器零部件制造的智能装夹工艺改进、数控加工过程质量控制（OMV）。

蒙皮材料通常为高强度铝合金、碳纤维增强铝合金复合材料、其他复合材料等，其成型工艺往往采用与拉伸、拉弯工艺、复合材料模具覆层成型工艺，外形精度适度范围较宽，同时因为其薄壁形态，整个零件形态是柔性形态，装卡困难，对材料轮廓切割、削弱槽等的加工以及加工部位精度要求较高的特点，在传统数控加工方式解决起来有较大的困难，存在柔性体定位必须使用检测技术和设计的3D CAD模型为所有工艺制造过程的唯一理论模型，从而避免出现制造过程的人为错误。对于连接件、壁板类零件往往需要从一个较大的坯料中完全加工出来，装卡次数非常多，并且会出现较多的局部变形，对局部变形部位的加工往往没有办法进行，因为变形部位被校准的可能性很小，对此类问题，同样可以采用智能装卡的方式，根据局部工艺特征自适应精确加工需要加工的局部特征。在实际生产中有非常积极的意义，可以让工艺人员根据新的工艺技术，安排更合理高效的航空航天类零件加工工艺，此项技术在A380叶片修复、关键零件制造方面解决了关于数控机床加工的较多关键性问题，为缩短制造周期起到了非常重要的作用。

智能装夹的实现基本方法，是采用专业的软件进行的，航空航天制造业普遍采用的装夹方式有机械、液压可调夹具、真空吸附装夹等，本文阐述重点针对真空吸附装夹多点自由放置装夹或机械可调装卡，但此类装夹往往会导致零件每次装夹的空间状态都会有差别，我们希望采用一套可以针对大多数零件加工的柔性真空吸附装夹系统（请参阅相关文献和产品），针对多轴数控机床来说，需要精确制导自由装夹后工件相对空间位置，首先我们使用自适应加工（PS-FIXTURE）系统对现有工件进行数据采集处理，该系统根据零件3D CAD模型进行数控机床检测程序的编制，并进行仿真，然后在数控机床上执行该检测程序，并在机获取检测结果数据，有于数据保密缘故，我们采用类似的航空制造业零件来说明该问题：

A、读入CAD模型，同时可以输入相关零件的工艺信息，问题的关键是，让我们的设计制造和检测形成一个闭环系统，而不是采用3D设计，而到制造领域又转化为文字描述性的工艺和2D的工程图纸，为实现无纸化制造提供了必须的工具，从根本上保证制造工艺的完整、协调和统一。

B、读入正常零件状态编制的CAM编程路径，该技术基于设计CAD模型设定的加工坐标系进行编程，编程过程无需考虑加工过程的CAD具体装夹位置，软件可以输入由CAM软件输出的刀具路径信息，读进去的刀具路径通常会和实际装夹位置的CAM模型位置有较大的差异，如果直接用未进行自适应处理的程序进行加工，必然会出现废品。

C、根据系统输出数控机床检测路径在数控机床上执行实际零件检测指令，程序自动控制数控系统输出检测结果，输出形式根据数控系统共不同包括数控机床在机或脱机输出检测结果到智能装夹软件系统中。

D、智能装夹软件系统根据检测结果进行软件智能装夹处理过程，根据理论CAD模型进行计算，自适应调整实际零件在机床上的位置和理论CAD模型之间的关系，这是解决实际应用关键性步骤，从而获取自适应数据。

E、得到处理结果，这是我们可以看到通过正常CAD模型编制的刀具路径已经不在正确的加工位置，软件系统会自动调整刀具路径到正确的位置，进行自动后处理，然后数控机床使用调整过空间位置的NC程序对所加工工件进行加工，整个过程完全由系统自动完成，同时针对不同的产品可以做不同的定制开发，以拓展软件解决实际问题的专业化和自动化。

软件技术的进步，能从工艺本身改变我们工艺人员的思路，我们是否可以在航空航天制造领域更多的采用智能装夹工艺技术，最大限度的放弃过去通过大量制造工件装夹夹具系统、减少或放弃传统的拼夹方式工件装夹，在制造自动化过程中逐步采用智能装卡系统，使制造环节的质量保证体系形成闭环系统，避免制造信息化开环系统造成的地信息化完整地假象，同时对制造过程的质量控制采用数控机床在线质量控制系统，数控机床在线质量控制系统弥补的是传统工艺制造技术的工艺缺环，对整个制造过程质量变化和监控起到关键作用。

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