一種適用於離散式多工位生產模式的快速裝夾方法及其設備與流程
2023-04-26 10:13:06
本發明屬於航空結構件的加工領域。
背景技術：
目前航空結構件的加工，具有多品種單件小批量加工特點，而目前工件必須在工具機找正後才能開始加工,因而使得零件裝夾準備導致工具機停機時間佔比高，浪費了大量的寶貴時間。同時，工件加工過程中的人為誤差無法消除，直接影響工件的整體精度，同一批零件的誤差有大有小，一致性較差；不能實現中斷加工和柔性生產；精加工餘量大，導致精加工時間很長，設備利用率很低，設備數量雖然很多，但產量卻不能滿足要求。
傳統的產品生產線是由多臺普通設備和加工中心組成，其中數控設備擔任主要生產加工任務。但由於現有數控設備都是單兵孤島式作業、不同設備之間協調作業集成度差，生產線基本上還是採用一人一機生產方式。而零件加工需要多道工序連續作業完成，所以現在零件加工依靠大量的專用工裝夾具、刀具、量具保證，造成工裝材料消耗大，工序流程長，各個工序沒有通用接口，重複工作量大，引發加工人員多，生產組織難度大，產品製造轉換速度慢，所以導致製造成本高，生產效率低。同時不同產品結構差異大，造成工藝流程和所使用設備的差異大，設備平均負荷率低，物流比較混亂。不能形成產品加工流，工序間物流和加工程序信息流的有效完整統一協調作業。
企業的關鍵設備總是有限的，在加工製造中經常遇到生產計劃的改變需要安插急件加工，當一個工件在一臺工具機上已經開始加工後，中途一般不能拆不來，如加工的是大件，而另有一急件又需這一臺工具機加工，往往束手無策，只能等待加工完畢，這樣無疑會影響生產進度。
技術實現要素：
本發明的目的之一在於：提出一種適用於離散式多工位生產模式的快速裝夾方法，減少工具機停機時間，減少因裝夾導致的停機時間、縮短工序流程、提高生產效率。
本發明的目的之二在於：提出一種適用於航空結構件多工位快速裝夾的裝置，實現前述快速裝夾方法。
本發明目的通過下述技術方案來實現：
一種適用於離散式多工位生產模式的快速裝夾方法，採用機外裝夾工作站進行裝夾找正後，再在加工工具機上進行加工：
加工工具機：加工工具機包括工具機工作檯，以及可拆卸固定於工具機工作檯上的工具機基板，工具機基板上設有若干零點定位器；
機外裝夾工作站：機外裝夾工作站包括工作檯、零點定位裝置、託板和機外裝夾基板，零點定位裝置包括零點定位器和定位接頭，託板上設有工件裝夾固定孔，託板底面設有若干定位接頭，機外裝夾基板頂面設有若干匹配的零點定位器，機外裝夾基板上還設有若干用於與工作檯可拆卸固定的安裝孔，機外裝夾基板和加工工具機上的工具機基板具有統一的零點定位基準，兩者的各零點定位器的中心距完全一致；
裝夾方法：各工件分別預先在機外裝夾工作站的機外裝夾基板上與一託板離線裝夾找正成若干零點定位託盤；當該工件需要上工具機工作檯加工時，將該零點定位託盤按照同一的零點定位基準裝夾固定於工具機基板上即可開始工具機加工；加工好工件的零點定位託盤取下後即可進行下一零點定位託盤上的工件的加工。
作為選擇，當加工中的工件A需要臨時中斷加工，更換加工其他工件B時，工件B也預先在機外裝夾工作站與一託板B離線裝夾找正成零點定位託盤B，然後從工具機基板上取下零點定位託盤A，將零點定位託盤B裝夾固定於工具機基板上即可開始工具機加工；工件B加工完畢後，取下零點定位託盤B，重新將零點定位託盤A裝夾固定於工具機基板上即可恢復其中斷的工具機加工。
一種適用於航空結構件多工位快速裝夾的裝置，包括機外裝夾工作站和加工工具機：
加工工具機：加工工具機包括工具機工作檯，以及可拆卸固定於工具機工作檯上的工具機基板，工具機基板上設有若干零點定位器；
機外裝夾工作站：機外裝夾工作站包括工作檯、零點定位裝置、託板和機外裝夾基板，零點定位裝置包括零點定位器和定位接頭，託板上設有工件裝夾固定孔，託板底面設有若干定位接頭，機外裝夾基板頂面設有若干匹配的零點定位器，機外裝夾基板上還設有若干用於與工作檯可拆卸固定的安裝孔，機外裝夾基板和加工工具機上的工具機基板具有統一的零點定位基準，兩者的各零點定位器的中心距完全一致。
作為選擇，機外裝夾工作站的工作檯為不具備加工功能而只具備裝夾找正功能的工具機工作檯。即，機外裝夾工作站可採用普通工具機工作檯(具有工具機基板及其零點定位器)簡化而成，或直接採用普通的工具機工作檯(具有工具機基板及其零點定位器)。
作為選擇，託板上均布有工件裝夾固定孔，託板上還設有若干用以固定定位接頭的定位接頭固定孔。
作為選擇，機外裝夾基板上的安裝孔為螺釘孔，機外裝夾基板通過連接螺釘與工作檯連接固定。
作為選擇，工具機基板上還設有若干用於與工具機工作檯可拆卸固定的安裝孔，工具機基板上的安裝孔為螺釘孔，工具機基板通過連接螺釘與工具機工作檯連接固定。
前述本發明主方案及其各進一步選擇方案可以自由組合以形成多個方案，均為本發明可採用並要求保護的方案；且本發明，(各非衝突選擇)選擇之間以及和其他選擇之間也可以自由組合。本領域技術人員在了解本發明方案後根據現有技術和公知常識可明了有多種組合，均為本發明所要保護的技術方案，在此不做窮舉。
各部件作用及其工作過程為：針對於目前航空結構件的加工，因其多品種單件小批量加工特點，使得零件裝夾準備導致工具機停機時間佔比高，解決這一問題最直接的思路就是減少工具機停機時間，通過離散式多工位生產模式的快速裝夾技術將大部分裝夾時間外移，可有效減少90％以上因裝夾導致的停機時間、縮短工序流程、提高生產效率，實現1分鐘快速換裝零件，同時結合柔性化工裝夾具的設計理念，推動航空結構件向快速柔性製造方向發展：
1、工具機基板主要用於與工具機工作檯連接；
2、託板主要用於裝夾產品，並與機外裝夾基板或工具機基板連接；
3、機外裝夾基板主要用於在機外進行工件裝夾找正；
4、機外裝夾基板與工具機基板的各定位單元中心距完全一致；
5、工件與託板和機外裝夾基板的機外預裝主要用於所有工件的裝夾找正，其主要目的是將大部分裝夾時間外移，減少90％以上因裝夾導致的停機時間。
6、工具機基板是通過連接螺釘與工具機進行加固，此工具機基板通過一次調試以後長時間固定不動，然後將固定在託板上的工件一起安裝到工具機基板，兩者之間的連接方式通過零點定位裝置進行定位拉緊連接。
本發明的有益效果：
1、適應現在產品小批量、多品種、高精度、快速反應的工藝要求，對工具機的要求是提高工具機的加工效率，拓展加工範圍，使工件的加工精度提升到工具機的加工精度上來，避免人為誤差。
2、本發明方法及其設備加工產品能夠覆蓋大多數目前生產的產品，解決目前依靠單人單機落後加工方式，縮短工序流程，減少工裝使用，提高生產效率，達到國際先進水平，實現快捷、柔性、高效的製造方式，生產線控制能夠實現集成控制。
3、採用本發明的離散式多工位生產模式的快速裝夾技術，利用零點定位裝置的精確定位功能，可實現當前工件「中斷」加工，馬上「一分鐘換裝」急件，等急件加工完後，再裝上上次未加工完的工件，繼續加工。這樣將設備「柔性」大大提高。
4、不同種類的數控工具機建立統一的基準定位系統，實現工件在不同設備上按照同一加工基準傳遞，完全避免人為誤差和實現中斷加工。
5、零點定位裝置的重複定位精度高(<0.002mm)，無論什麼人來操作，其結果都是一致的，因此有效地避免了人為誤差的影響，產品的一致性非常好，並有效地降低了廢品率，降低生產成本。
附圖說明
圖1是本發明實施例的加工工具機加工時狀態的拆分示意圖；
圖2是本發明實施例的機外裝夾工作站組裝零點定位託盤的狀態示意圖；
圖3是本發明實施例的工具機基板的主視圖；
圖4是圖3的A-A剖視圖；
圖5是本發明實施例的機外裝夾基板的主視圖；
圖6是本發明實施例的託板的主視圖；
圖7是圖6的A-A剖視圖；
圖8是圖7的A處局部放大圖；
圖9是圖7的B處局部放大圖；
圖10是本發明適用於離散式多工位生產模式的快速裝夾方法的流程框圖；
其中1為託板、11為工件裝夾固定孔、12為定位接頭固定孔、2為機外裝夾基板、21為機外裝夾基板安裝孔、3為工具機基板、31為工具機基板安裝孔、4為零點定位器、5為定位接頭、6為工具機工作檯、7為工件、8為連接螺釘。
具體實施方式
下列非限制性實施例用於說明本發明。
參考圖1-9所示，一種適用於離散式多工位生產模式的快速裝夾方法，採用機外裝夾工作站進行裝夾找正後，再在加工工具機上進行加工：
加工工具機(加工中心)：加工工具機包括工具機工作檯6，以及可拆卸固定於工具機工作檯6上的工具機基板3，工具機基板3上設有若干零點定位器4；
機外裝夾工作站：機外裝夾工作站包括工作檯、零點定位裝置、託板1和機外裝夾基板2，零點定位裝置包括零點定位器4和定位接頭5，託板1上設有工件裝夾固定孔11，託板1底面設有若干定位接頭5，機外裝夾基板2頂面設有若干匹配的零點定位器4，機外裝夾基板2上還設有若干用於與工作檯可拆卸固定的機外裝夾基板安裝孔21，機外裝夾基板2和加工工具機上的工具機基板3具有統一的零點定位基準，兩者的各零點定位器4的中心距完全一致；
參考圖10所示，裝夾方法：各工件7分別預先在機外裝夾工作站的機外裝夾基板2上與一託板1離線裝夾找正成若干零點定位託盤；當該工件7需要上工具機工作檯6加工時，將該零點定位託盤按照同一的零點定位基準裝夾固定於工具機基板3上即可開始工具機加工；加工好工件的零點定位託盤取下後即可進行下一零點定位託盤上的工件7的加工(可以實現一分鐘換裝)。
當加工中的工件A需要臨時中斷加工，更換加工其他工件B時，工件B也預先在機外裝夾工作站與一託板B離線裝夾找正成零點定位託盤B，然後從工具機基板上取下零點定位託盤A，將零點定位託盤B裝夾固定於工具機基板上即可開始工具機加工(可以實現一分鐘換裝)；工件B加工完畢後，取下零點定位託盤B，重新將零點定位託盤A裝夾固定於工具機基板上即可恢復其中斷的工具機加工。
一種適用於航空結構件多工位快速裝夾的裝置，參考圖1-9，包括機外裝夾工作站和加工工具機：
加工工具機：加工工具機包括工具機工作檯6，以及可拆卸固定於工具機工作檯6上的工具機基板3，工具機基板3上設有若干零點定位器4；
機外裝夾工作站：機外裝夾工作站包括工作檯、零點定位裝置、託板1和機外裝夾基板2，零點定位裝置包括零點定位器4和定位接頭5，託板1上設有工件裝夾固定孔11，託板1底面設有若干定位接頭5，機外裝夾基板2頂面設有若干匹配的零點定位器4，機外裝夾基板2上還設有若干用於與工作檯可拆卸固定的機外裝夾基板安裝孔21，機外裝夾基板2和加工工具機上的工具機基板3具有統一的零點定位基準，兩者的各零點定位器4的中心距完全一致。作為選擇，如本實施例所示，機外裝夾工作站的工作檯為不具備加工功能而只具備裝夾找正功能的工具機工作檯。即，機外裝夾工作站可採用普通工具機工作檯(具有工具機基板及其零點定位器)簡化而成，或直接採用普通的工具機工作檯(具有工具機基板及其零點定位器)。託板1上均布有工件裝夾固定孔11，託板1上還設有若干用以固定定位接頭5的定位接頭固定孔12。機外裝夾基板2上的機外裝夾基板安裝孔21為螺釘孔，機外裝夾基板2通過連接螺釘8與工作檯連接固定。工具機基板3上還設有若干用於與工具機工作檯6可拆卸固定的工具機基板安裝孔31，工具機基板安裝孔31為螺釘孔，工具機基板3通過連接螺釘8與工具機工作檯6連接固定。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。