第五讲柔性夹具

论汽车零部件制造中柔性组合夹具的运用在经济快速发展、社会不断进步的同时，人们的生活水平也在逐渐提高，市场中各产品的竞争也更加剧烈。

为了获取更多的利益节省更多的时间，厂商在大规模生产时不但要保证产品的质量，还要尽可能多地降低成本，缩短制造周期。

传统的制造技术明显已经不能满足现代社会市场的需求，而柔性组合夹具技术能在保证产品质量的同时满足市场对小批量产品生产的需求，使中小批量生产在大批量生产面前有立足之地。

1 柔性制造技术对柔性组合夹具的影响自20世纪80年代以来，柔性制造技术的发展越来越快且被广泛的应用，形成了FMC与FMS相结合的具有现代先进技术水平的制造形式，它的形成对柔性组合夹具有重要的意义。

FMC是指柔性制造单元，FMS是指柔性制造系统，在它们的制造过程中机床自主决定所要制造零件的式样、长短、大小，也就是刀具和零件之间的位置关系，所以不需要安装刀具引导。

组合夹具的重要工作就是把零件准确地放入到机床的生产线中，这种先进的机床具有很多夹具的功能，比如说分度夹具、引导刀具及角度形状等，各种虎钳渐渐的成为它的辅助附件，夹具的形状也随之变得越来越简单。

与传统的“分离体制”技术相比，如今“集成体制”柔性制造技术更能满足制造的需求，机床上各部件能有效地结合在一起，形成一个综合系统。

制造过程中不再一味地要求工作时效，相反要求提高总体的工作效率。

以往的积木式组合夹具在新时代制造原理的引导下被灌注了新的意义。

结构灵活多变的夹具组合其传统优势之处，被行业内部称之为“同当代机床最为快捷、最为简单、最为匹配的且具备柔性的配置”。

2 柔性组合夹具的形成和运用2.1 柔性元件的设计生产中心是以FMC 为代表，是将产品部件的多个制造程序集中起来高效率的生产，组合夹具安装一次就能同时完成多个程序的生产。

机床、组合夹具及产品部件和过去的生产模式是截然不同的关系，其是在组合夹具的底部，尽最大可能地装置多个需要生产的部件，而且当这套夹具正在运作时，和其拥有同种特性的夹具也同时在机床外进行安装亦或是卸载部件，乃至装置在底板上的夹具还有可能在传输系统里中周转。

柔性夹具简介柔性夹具（Flexible Fixture）是一种用于夹持、支撑和定位工件的夹具。

与传统的硬性夹具相比，柔性夹具具有较高的灵活性和适应性，能够适应不同形状和尺寸的工件。

柔性夹具通常由弹性材料制成，如橡胶、硅胶或聚氨酯等。

应用领域柔性夹具广泛应用于以下领域：1.制造业：柔性夹具在制造过程中的定位、夹持和支撑工件起到关键作用。

例如，在车身焊接过程中，柔性夹具能够灵活适应不同形状和尺寸的工件，并确保其准确定位和稳定夹持。

此外，柔性夹具还可以用于机械加工、装配和精密定位等操作中。

2.电子行业：在电子产品制造过程中，常常需要对小尺寸、薄壁和易碎的工件进行夹持和支撑。

柔性夹具能够提供均匀的支撑力和柔软的接触面，以防止工件变形或损坏。

3.医疗行业：柔性夹具在医疗器械和人体模型制造中有重要的应用。

例如，在假体制造中，柔性夹具能够根据患者的个体差异和需求，为制造商提供适应性强、具有形状记忆和可调变形的夹持解决方案。

优势柔性夹具相对于传统的硬性夹具具有以下优势：1.适应性强：柔性夹具能够适应不同形状、尺寸和材料的工件，具有较大的适用范围。

2.夹持均匀：柔性夹具能够提供均匀的夹持力，减少工件变形和损坏的风险。

3.接触面柔软：柔性夹具的接触面通常由软性弹性材料制成，能够有效地分散接触压力，降低工件表面的划痕和磨损。

4.精密定位：柔性夹具可以通过调整形状和变形来实现对工件的精确定位，以满足复杂工艺要求。

5.经济节约：柔性夹具相比于硬性夹具，通常具有较低的制造成本和更短的交付周期。

使用注意事项在使用柔性夹具时，需要注意以下事项：1.材料选择：根据工件的材料特性和夹持需求，选择合适的柔性材料。

不同的材料具有不同的弹性和耐磨性，需根据具体应用进行选择。

2.夹持力控制：根据工件的特性，合理控制夹持力，避免过大或过小的夹持力对工件造成损害或不稳定的夹持。

3.形状调整：柔性夹具通常可以通过调整形状和变形来实现对工件的精确定位。

柔性夹具在数控机床中的发展以及应用伴随着我国机械制造加工行业的不断发展和创新，我国的机械加工领域在技术上以及加工设备上都有了非常大的发展和提升，这一点在我国的机床设备上体现得非常突出，我国的机床设备在机械加工行业作用非常明显，我国很多的机械加工都会应用机床来进行零部件的加工处理，机床在机械加工的过程中能够有效的提升加工部件的精密度，同时也能够更好的提升零部件在机械加工过程中的加工质量。

文章主要针对柔性夹具在我国数控机床中的实际发展以及具体应用方面的问题进行详细的分析和阐述，希望通过文章的阐述以及分析能够有效的提升我国柔性夹具在我国数控机床中的应用效果以及应用质量，同时也为我国机床领域进一步的提升和发展贡献力量。

标签：柔性夹具；数控机床；发展应用；组合；零件夹具在我国机床应用的过程中，柔性夹具主要的技术基础就是组合夹具。

柔性夹具应用范围非常广泛，能够在机床加工的过程中应用于不同的加工零部件产品，以及不同形式的零部件加工中，在不同型号以及不同种类的机床中，柔性夹具都能够进行有效的应用。

但是在实际的应用过程中，柔性夹具在数控机床中的应用更加的明显，同时起到的作用也非常的突出。

因此我国的数控机床在发展的过程中，柔性夹具是一个非常有前景的发展方向。

在我国机械加工行业中，凡是能够在零部件加工中固定零部件加工位置，将零部件的加工位置保持在加工准确位置的装置，我们都能够称之为夹具。

在我国机床设备组成的过程中，一个非常重要的组成部分就是夹具设备。

在我国的机械行业中，夹具的种类以及形式多种多样，在实际的夹具应用的过程中受到的限制也较为多样，首先是机床的具体型号能够限制夹具在机械加工中的应用，其次是被加工零部件的实际加工尺寸也会在一定程度上限制夹具在机械加工中的应用，最后是零部件的加工工艺编排以及工艺要求也能够限制夹具在机械加工中的应用。

这些限制条件的存在都会在很大程度上限制夹具在机床加工过程中的应用。

为了有效的促进我国的机床加工技术的发展和改革，我国需要从不同的角度来对机床夹具进行创新和管理，要从技术上进行不断的探索和突破，只有这样才能够有效的促进我国机床夹具的发展和创新改革。

柔性夹具特点及在飞机零部件加工中的应用飞机是一个国家工业实力的综合体现，其加工制造的质量受到机械加工、材料等多个环节的影响。

在飞机的机械加工制造过程机械装夹对于飞机零部件的制造精度有着重要的影响。

在飞机零部件的机械加工是获得飞机零部件最终形状和机械精度的最主要的方式，合理的飞机零部件机械加工夹具能够有效的提高飞机零部件机械加工的加工质量和加工效率。

据统计，飞机零部件机械加工的机床夹具就占到飞机制造中所需要工装的近3成左右。

飞机零部件机械加工夹具的加工量大且复杂，因此在飞机零部件的机械加工中使用柔性夹具来作为飞机零部件的机械加工夹具能够有效的确保机械加工的加工质量和加工效率。

在飞机零部件机械夹具中使用成组夹具和拼装夹具是实现柔性夹具的重要手段。

文章将在分析飞机零部件机械加工中所使用的机械夹具现状的基础上，对如何做好柔性夹具在飞机零部件加工制造中的应用进行分析阐述。

标签：飞机零部件；机械夹具；柔性夹具；应用前言飞机零部件的加工制造多是由机械加工所完成的，由于飞机零部件数量众多且结构复杂、精度要求较高，在飞机零部件的机械加工中使用传统的机械夹具为加工制造带来了较大的不便，而在飞机零部件的加工制造过程中使的飞机制造工艺装备的柔性化是现今一直在研究并希望应用于机械加工中的重要手段。

通过使用机械加工夹具的柔性化以提高飞机零部件柔性夹具能够适应多种形状和尺寸的工装夹具要求。

飞机结构件结构复杂且加工精度要求较高，机械加工难度大且易变形，在加工中使用专用的机床夹具加工难度大且不利于飞机零部件的机械加工。

因此需要做好柔性夹具在飞机零部件加工制造中的应用。

1 飞机结构件机械加工夹具应用现状飞机结构件的数控铣削加工是现今飞机结构件机械加工中的主要的加工方式，高速铣削加工在飞机结构件的机械加工中被普遍采用。

飞机结构件加工难度大且加工要求高，从而为飞机结构件的机械加工带来了较大的挑战。

在现今的飞机结构件的机械加工中所使用的机械夹具面临着以下的难题：（1）飞机结构件专用机械加工夹具的数量众多且应用范围较小，在飞机的制造研制中需要使用大量的飞机结构件，这些飞机结构件都属于小批量、大难度的机械加工件，在这类飞机结构件的机械加工中每一种飞机结构件都需要研制使用专用的飞机结构件机械夹具，机械加工专用夹具费时且应用范围较窄，且在不同种飞机结构件的重新组合转换中需要消耗大量的时间。

柔性夹具的工作原理柔性夹具是一种可以适应不同形状工件的夹具，它具有高灵活性和自适应性。

相比传统夹具，柔性夹具可以减少夹具设计、加工和更换的成本，提高工作效率。

它广泛应用于各种制造领域，包括汽车、航空航天、电子、医疗等。

柔性夹具的工作原理是利用柔性材料和结构设计来实现与工件形状的匹配。

柔性夹具通常由柔性材料（如弹性材料、软性材料等）制成，并且具有可变形的结构。

下面将详细介绍柔性夹具的工作原理。

1. 柔性材料的选择：柔性夹具的核心是柔性材料的选择。

柔性材料需要具有良好的弹性和可塑性，能够在受力时发生形变，并在去除外力后恢复原状。

常用的柔性材料有橡胶、硅胶、聚氨酯等。

根据工件的形状和材料特点，选择合适的柔性材料可以实现与工件形状的贴合，提供稳固的夹紧力。

2. 结构设计：柔性夹具的结构设计是实现柔性材料与工件形状匹配的关键。

结构设计包括夹具的形状、尺寸、孔位和通道等。

柔性夹具通常有分段式和连续式两种结构。

分段式柔性夹具由多个可独立变形的片段组成，每个片段可以独立调整形状以适应工件的不同部位。

连续式柔性夹具一般采用连续可变形的结构，通过松紧度的调整来实现与工件的贴合。

结构设计需要考虑工件的形状、尺寸和特殊要求，确保夹具可以在各种情况下稳定地夹紧工件。

3. 夹紧力的控制：柔性夹具的夹紧力是通过改变夹具结构形变来实现的。

一般来说，夹紧力需要有一定的预紧力，以确保工件的稳定夹紧。

夹紧力的控制可以通过调整夹具内部的弹片或弹簧等元件来实现。

在夹紧过程中，可以根据工件的形状、尺寸和材料特性，通过调整夹具的结构形变程度和弹性元件的刚度来达到所需的夹紧力。

4. 自适应性：柔性夹具的另一个重要特点是自适应性。

柔性夹具能够适应不同形状的工件，不需要重新设计和加工夹具，大大提高了生产效率。

柔性夹具的自适应性是通过柔性材料的可塑性和结构的可变形性来实现的。

柔性材料的可塑性使夹具能够适应工件的形状，而可变形的结构设计则能够根据工件的形状进行相应的调整。

110科技与发展Science and Technology and Development中国航班材料与工艺Material and Technology CHINA FLIGHTS柔性夹具特点及在飞机零部件加工中的应用吴继斌|江西省信航航空科技有限公司摘要：飞机的制造过程受很多因素影响，例如机械加工、材料等都会影响最终的质量，其中机械加工和机械装夹直接影响着飞机零部件的和质量，决定了飞机零部件的最终形态精度。

据相关研究可知，机床夹具在飞机的零部件加工中占比近30%，因此将柔性夹具应用到飞机的零部件加工中可有效提升机械加工的质量和效率。

基于此，本文对柔性夹具特点及在飞机零部件加工中的应用做了分析。

关键词：柔性夹具；特点；零部件加工机械加工是完成飞机零部件加工的主要形式，但传统夹具对结构复杂和精度要求高的飞机零部件加工而言有着诸多不便，因此相关专家经过不断研究表示可在零部件加工中使用柔性化手段，也就是使用柔性夹具开展飞机的零部件加工，以此来满足各种飞机零部件加工的要求。

因此，对柔性夹具的应用进行分析非常必要。

1 夹具在飞机结构件加工中的应用现状当前在飞机的零部件加工中主要使用加工方式为数控铣削，其中被普遍应用的为高速铣削加工。

难度大、精度要求高是飞机零部件加工的主要特点，决定了机械加工过程有着非常高的挑战性，而且受机械夹具的影响需要时刻面对以下难题：首先，因为飞机零部件加工必须使用大量专用的夹具，但是飞机零部件和普通的机械构件不同，其不能大批量加工，而且不同型号的飞机其机械构件都不同，这就决定了必须依据构件的加工要求对夹具进行设计，设计过程需要消耗很多时间，但却无非进行大范围应用。

而且需要针对不同飞机零部件的要求组合及转换夹具，这又消耗了大量的时间，以上都导致飞机零部件加工的成本明显提升。

其次，当前手工设计仍然是飞机零部件机械加工中所使用的主要设计方式，但飞机零部件的复杂性决定了设计工作的压力被无限提升，而且夹具拼装过程中的不合理操作也进一步提升了夹具的应用难度[1]。

飞机结构件机械加工柔性夹具系统的应用◎孙立齐（作者单位：航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司）柔性夹具是集气动与液压夹紧功能于一体的新型机械加工设备，在目前飞机制造加工中应用得到了广泛应用，与传统夹具相比其应用优势较为明显，可以降低成本方面的投入同时也可以提高构件的生产效率和加工质量，对于飞机制造业现代化和数字化发展有着积极影响。

加强对柔性夹具系统的研究与应用具有一定的必要性，能够推动航空机械行业的进一步发展。

一、飞机结构架机械加工柔性夹具系统1.结构分类。

（1）组合夹具。

柔性组合夹具一般被称为组合夹具，是最常应用于实际生产中的夹具种类。

柔性组合夹具具有模块化、通用度高的特点。

通过组合已生产好的不同形状、尺寸、型号的标准零件，使其成为适用于不同生产要求的零件的夹具。

一方面，这种夹具可以通过组合形成专用夹具；另一方面，也可通过替换零件的方式组合形成可调节式的夹具。

同时，柔性组合夹具还具有可拆卸、重复使用、可清洗的特点。

一般情况下，柔性组合夹具的设计、组合时间不大于专有夹具使用时间的1/5，因此应用面受限小且受到广泛好评。

（2）拼装夹具。

相较于组合夹具，拼装夹具的标准化程度较低，数控加工中使用拼装夹具较为普遍。

拼装夹具是在已有基础件的基础上，通过与其他通用化的元件拼装形成模块化的夹具。

针对不同的产品工件，拼装夹具使用的模块化结构存在较大差别。

2.孔槽分类。

由于表面分网络孔系和槽系，柔性夹具还可以被分为这两类。

槽系夹具的定位主要依靠键和槽，孔系则通过孔和销。

不同于槽系夹具，孔系夹具具有高精度、易组装的特点。

由于孔系夹具可以更好地提供编程原点，其被广泛用在数控机床上。

相较于孔系夹具，槽系夹具的优势在于调整性能强，可应用的范围较大。

在实际生产中，由于飞机结构件主要为数控的加工方式，因此孔系柔性夹具使用较多。

二、飞机结构件机械加工柔性夹具系统的应用研究飞机结构件在生产制造中多以数控加工，尤其数控铣削的方式呈现；以摇臂、支座、对接接头等结构件为例，生产精度要求高、零件壁厚薄、结构槽腔多、曲面较多且零件尺寸大，柔性夹具的出现保证了结构件的高效完成，降低了时间和经济成本。

飞机零部件机械加工中柔性夹具的特点及其应用摘要：将柔性夹具应用于飞机零部件的机械加工作业中，可以在很大程度上提高零部件的加工效率。

本文基于对机械夹具使用不足的分析，针对柔性夹具的特点及其应用策略展开研究，进一步地，把握夹具应用及其管理要点，以期推动飞机零部件机械加工作业的更好开展。

关键词：飞机零部件，机械加工，柔性夹具飞机中很多零部件的加工与制造都是通过机械加工方式完成的，因为飞机的零部件数量非常多，结构十分复杂，对精度还有特别高的要求，若是对传统的机械夹具加以使用，并不利于加工制造作业的顺利及高效开展。

现如今，飞机制造工艺装备柔性化已成为业界人士与学者的研究重点，力求将其作为重要手段应用于机械加工之中。

对柔性化的夹具加以使用，可更好地与多形状、多尺寸工装夹具要求相适应。

基于此，本文研究柔性夹具及其在飞机零部件机械加工中的应用。

1飞机零部件机械加工夹具现状数控加工，特别是数控铣削，是当前飞机零部件机械加工的重要方法之一。

相对而言，大型飞机零部件的加工主要在数控分厂完成，小型飞机零部件加工则多完成于结构分厂。

在我国整机厂中，飞机零部件的数控加工夹具有以下问题体现出来：（1）专用夹具数量多，但是适用范围并不广。

为了有效保证加工质量，很多飞机零部件都有其专用的夹具，在结束某一零部件的生产并开始对另一零部件的生产任务时，为了实现夹具的重新组合与转换，大致需要经历2h的时间，毫无疑问，这会对生产效率产生很大的影响。

（2）计算机辅助夹具拼装系统以及夹具生产流程管理系统的应用并不多。

分析目前的实际情况，相关作业人员在执行对夹具的设计或者是拼装方案的规划任务之时，更多的时候都是采用手工的方式来完成，而这种方式明显存在着工作量大且效率不够高的问题，不仅如此，夹具的生产流程管理也比较混乱，没有高效的方法对夹具及其元件进行分类检索，夹具完成对零部件的加工任务以后，也很难在较短的时间内归位。

（3）夹具自动化程度不理想。

柔性夹具设计方法与技术牟岩君0　引言随着机械工业的迅猛发展、市场竞争的日益激烈,产品更新换代日趋频繁,多品种小批量生产的企业将占主导地位,这都相应要求采用计算机技术加速机床夹具的准备,不仅可以大大缩短夹具设计周期,提高夹具设计质量和效率,而且能节省许多人力,使夹具设计人员从繁重的资料检索,分析计算、绘图、编制技术文件等工作中解放出来,从事更有意义更有创造性的活动,把夹具设计工作提高到新的水平。

1　FMS技术发展要求夹具具有较大柔性现代机械加工的主要设备是数控机床和数控加工中心,机械制造自动化技术发展表明,以数控设备为基础的数控加工、柔性制造系统(F MS)和计算机集成制造(CI M)将日益成为常用的生产方式,在F MS生产方式下,用于夹持工作的机床夹具仍然是不可缺少的。

但迄今为止,FMS中夹具设计、制造、组装准备系统自动化程度是最低的,已成为现代生产系统迫切需要解决的问题,为了提高F MS的经济效益,要求夹具有足够的柔性,能快速拼装出特定的F MS中全部加工对象用的夹具,另一方面,从制造系统集成的观点看,CA DΠC APPΠC A M是计算机集成制造系统和柔性制造系统进一步完善和实用化的重要技术基础和关键所在,从80年代中期开始,计算机辅助夹具设计、夹具自动化设计(引入人工智能等技术)在国际上普遍受到重视,和CAPP共同组成了CA D和C AM之间的接口,如图1所示。

2　柔性夹具及其特点F MS中加工设备主要是数控机床与加工中心,被加工零件结构要素的位置尺寸是这类机床自动获取和保证的,因此在加工前只要求通过夹具保证工件在机床坐标系中位置的已知性,此外,在F MS生产方式下,工件尽可能在一次装夹中完成多道工序图1　FMS中夹具C ADΠCA M系统的加工,这与专用夹具不同,即专用夹具与工件的某一道工序相对接变换成夹具必须与工件的多道工序或整个加工过程相对接,这使得F MS中夹具结构简单,数量减少,零件加工精度提高。

飞机结构件机械加工柔性夹具系统摘要：尽管飞机用于很多不同的目的，大多数还是有相同的主要结构。

成组夹具和拼装夹具是实现柔性夹具的重要手段。

计算机辅助夹具拼装规划、夹具生产流程管理是柔性夹具系统中的重要功能模块，必须得到较好的解决。

柔性夹具一般应具备气动或液压夹紧功能，并与数控机床在结构和控制上集成为一体。

关键词：飞机结构；机械加工；柔性夹具系统引言由于飞机是通过空气动力学原理进行飞行，飞机外形直接影响到整个飞机的性能。

上个世纪由于机械加工行业整体水平较低，飞机所有零件只能通过车钳铣等普通工序完成加工，由于飞机结构的特殊性许多结构复杂尤其是带有曲面外形的零件通过普通的工序难以达到设计要求的外形参数，钣金零件是组成飞机机体的主要部分，尤其是二代机以前的飞机多采用钣金零件，整个飞机中钣金零件数量占到整机零件的70%左右。

1飞机结构件的发展飞机结构设计随着科学技术的进步发生了较大变化，新一代战斗机所采用的材料除传统的高强度钢、铝合金、镁合金外，钛合金和复合材料的使用越来越广泛，如F-22后机身结构的55％是耐热钛合金；中机身段30％为钛合金，30％为复合材料；前机身复合材料占50％，机翼结构50％是钛合金，这些新材料的使用给飞机零件的加工提出了新问题。

从零件结构上看，新一代战机尽可能多地采用了整体薄壁结构设计，零件毛坯采用预拉伸板材，材料去除量在90％以上。

如F-22采用了整体框结构，采用五坐标机床经切削加工到最小的腹板和安装边厚度（有些部位小于1．5mm），以控制重量，如F-22的583框，毛坯重2227kg，经机械加工后，零件重122kg；苏-27尽管仍然在结构上大多延用了原有机型构件分段的方法，但构件的腹板厚度也减至1．5～3mm，尤其是钛合金结构构件，以薄壁型结构居多。

从飞机装配角度看，新型飞机整体结构零件大多先采用数控加工再进行装配，需要补偿的部位极少，如F-22首架EMD型飞机的前、中机身及机翼装配只用了大约20块垫片。