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国内三维焊接平板柔性工装关键技术与发展前景

2017-01-30 15:12:09
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  对于传统的机械加工来说,稍微复杂一点的零件加工就要专门设计制造一套工装。由于加工零件的批量小,有些工装随着零件加工的结束,就完成了其历史使命。面对多品种小批量的生产模式,机械加工制造陷入了一种恶性循环之中。工装的数量多,成本居高不下。如何减少工装的数量和开销,是制造业   面对和解决的问题。
  新一代飞机对长寿命、环保、舒适、低能耗等指标的要求越来越高,在飞机上大量采用了整体蒙皮和壁板。而这些结构件的加工,提高了制造难度。通常采用大型模胎来进行铣削和切边,这样造成了生产准备时间长,模胎设计制造成本高,大量模胎占用厂房面积,库房积压严重等问题。
  制造业竞争和用户需求变化的加剧,促使了产品种类的增加、制造技术的革新、产品生命周期的缩短、单位成本降低、产品质量提高和交货时间的提前。由于“市场牵引”和“技术推动”的相互作用,制造企业要面对产品大的柔性,加速了制造业柔性和自动化。在过去的二三十年间,三维焊接平板柔性制造系统(FMS)的发展引起了全社会广泛的关注。柔性制造系统能应对产品市场和技术的变化,制造成本相对低廉。FMS特别适于小、中批量生产,因为它具有产品准备阶段周期短、开销低的特点,能满足零件新的设计要求。
  但整个FMS的柔性常常被它的工作部件所束缚,这些部件包括其中的工装系统,FMS工装设计和制造能达到总系统开销的10%~20%。通常工装的作用就是固定工件,在零件制造、装配、检测过程中零件在希望的位置和方向上,用户化工装的设计制造既费时,又费钱,而且对零件的不同形状尺寸装配无柔性可言。为了减低制造系统的成本,工装设计应在面向尽可能多的工件装夹方面具有竞争力。在小中批量生产中,三维焊接平板柔性工装系统(FFS)在不同工件的装夹方面具有竞争力,成为减少产品单位成本的手段。
     情况
  据不   统计,复杂零件的生产准备时间占整个生产周期的20%以上,是制约生产效率提高的主要因素。靠传统的固定、组合卡具,远远不能满足制造系统的生产要求。由于它的自动化水平低,设计制造工作量巨大,所以造成生产准备时间长,产品质量低下、不稳定,制造成本居高不下。
  由于历史的种种原因,三维焊接平板工装只被看成生产系统中一个小小配角,未引起足够重视。来,在缩短生产准备时间的问题上,处于一种无所作为的状态,工装也未形成一个系统体系,但随着数控机床技术的发展,出现了许多高速、机床,缩短生产准备时间的重要性就凸现出来了。缩短生产准备时间   从工装系统入手。可以说,没有工装系统,单靠数控机床的高速性,是不可能缩短生产准备时间的。随着高速加工的引入,加工的切削力变得越来越小,对工装也提出了高的要求。
  从情况看,在可重配置、可调整工装的研究和方面,为满足零件工艺性和加工要求,他们采用了很多,相继出了液压工装、数控工装等,从而使飞机零件生产过程减少了工装,提高了生产效率。例如,西班牙M.TORRES公司、瑞典MODIG公司的液压数控工装应用于钣金、壁板、舱门等类零件的制造过程,一方面将钣金件由展开计算、下料、成形的复杂过程变为按设计形状直接定位进行切削加工,使零件的制造精度和效率提高;另一方面,在无较好定位平面情况下实现稳定装夹并定位精度,满足加工过程中的零件定位需求。这些工装有的是独立的装置,有的已经同机床融为一体。这类工装在   波音公司已经应用,提高了飞机整体构件制造的技术经济效益。空中客车A340-500/600大型整体结构件在英国布劳顿(Broughton)工厂的一台长床身龙门铣床(Alumax)上加工,毛坯长32m、宽3m、厚35mm,主要加工机翼壁板内表面,加工质量的关键是壁板厚度的一致性。毛坯切除率为80%,采用高速切削,用6554.8cm³/min的粗加工和20m/min的进给速度加工。由于应用了此类工装夹具而得以实现。我国在可重配置、可调整柔性工装方面的研究工作不多,落后于西方发达。目前,国内工装的发展主要表现在两方面:
  (1)在飞机大型整体框梁和壁板零件的制造过程中工装占的比例较大,且工装的可重用性差,每一次新机研制或改型均会产生大量的零件工装设计和制造任务,并且型面模胎数量多,每一件零件一般需要两套模胎。
  (2)生产现场零件工装调整过程的自动化水平低,以数控加工工装为例,人工调整和装夹过程复杂、费时,严重影响了机床的加工时间和加工质量的一致性。
  近几年,国内北京航空制造工程研究所针对航空产品中蒙皮壁板的切割制造,开展了柔性夹持工装系统的设计和制造。突破了定位器、夹持单元、多轴控制和离线仿真等关键技术,即将进入工艺试验阶段。 

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