柔性工装关键技术与发展前景

摘 要：柔性工装一般应用于数控机床，其发展前景非常看好[1]。本文通过分析国内外工装技术发展概况、柔性工装的概念及其特点，探讨柔性工装的关键技术和发展前景。

关键词：柔性工装;数控机床;网络化;展望

1 国内外工装技术发展概况

据相关统计，复杂零件的生产过程在整个生产过程中占比很大，大约在20%以上，这是制约生产效率提高的关键因素。仅仅依靠传统加工过程，是远远不能满足现代加工需要的。由于种种弊端，工装在生产过程中不被重视，经过多年发展，国内的工装技术还是不够成熟，没有一个系统的制度和体系。随着装备制造业技术的发展，工装技术已经发生了很大的变革，更多的已趋于柔性化和精准化。

从国内的工装情况来看，在配置和技术方面，国内工装还比较落后，多采用传统方式，主要表现在：一是大型零部件的制造和專用零部件的制造一般采取工装系统，虽然不影响制造，但对于一次性工装的使用造成了巨大的浪费;二是工装生产现场人工劳动力占比较大，对现代化生产技术的使用较少，效率低、误差大，导致产品质量不高。这严重影响了机床的速度和精度，给制造商造成巨大的困扰。

有数据显示，在国外9套以上专用焊接工装的成本（我国5～6套）就已经超过一套柔性工装。目前，我国汽车制造企业每年增加几十套专用焊接工装是很常见的，因此选用柔性焊接工装的经济性显而易见。近年来，我国也效仿国外对工装的系统和速度等方面进行技术改造，采用专用设计系统、三维设计软件、多控制器、离线仿真等技术，目前即将进入实施阶段。

2 柔性工装的概念及其特点

柔性工装是一种可以自由组合的万能夹具，可以适应不同的工件形状。柔性工装通过几套夹具系统就可以替代大量高成本的专用工装。使用柔性工装后，可以节省每次因产品变化而投入的专用工装费用。在汽车生产日趋多品种、个性化的今天，柔性工装的使用可以使企业免去大量高成本专用工装的储备，其经济性尤为明显。

柔性工装在三维空间进行柔性化组合，其模块化系统在安装、调整和夹紧工件中完美地体现了柔性工装的通用功能。在大型工件的焊接上，该特点十分突出。另外，柔性工装的特点还体现在操作简便。例如，在三维柔性焊接工作台和模块上，每个以12.5mm和25mm为倍数的尺寸可以直接找到，再配上少量的调整片，可以非常方便地准确定位。

柔性工装所有模块加工精度均较高，工作平台在2000mm范围内定位孔的位置误差为+/-0.1mm以内，完全可以满足焊接加工的需要。在装配或焊接过程中，柔性工装通过定位块、连接块、夹紧器和支撑块，能够对工件精确定位，需要装配或焊接的工件稳定地固定在各个定位点或定位面上。即使工件本身几何尺寸不准确，也可以很快被检测出来，在初加工工序中便得到消除。

柔性工装的应用有利于生产的协调。柔性工装具有效率高、精度高、成本低等特点，将其融入实际生产中，能够大大提高生产效率和产品质量，同时节约生产成本，这是生产商的利润点。为了提高市场竞争力，国内制造商现在多采用柔性工装，主要方法如下：一是开始生产制造柔性的工装系统，采取基本的模块来构建工装的模式，用标准的方式将各个元件连接到一起;二是制造一些基础的零部件，促进工装系统内部的协调高效运转;三是采用一种相变材料，节约相应的生产成本。

3 柔性工装的几项关键技术

柔性工装在汽车制造业应用广泛，但要真正实现柔性工装与数控技术的结合，还需要解决很多关键技术问题。例如，在机械结构、设备整合及软件使用方面，还需要以下几项关键技术的支撑。

3.1 工装调解夹紧力技术

在零件的加工过程中，机器的刀具施力和受力点是不断变化的，每一次的受力点会因为种种原因发生微小的变动，这就要求对工装的夹持力进行调整，从而提高加工的质量。利用工装调解夹紧力技术，系统会根据不同的加工材料进行细致化分析，从而选择施力的大小和位置。

3.2 工装系统网络连接技术

当前，网络连接技术的发展及数控机床的开放化系统为工装发展提供了软硬件基础。软件方面，许多动态链接库和软件控制库的加入，使得整套系统的功能得到优化;硬件方面，表现为允许不同工装系统的网络接入口联入，符合当前时代发展的潮流。在两者的共同作用之下，工装连接机床组成一个有系统、有组织的数字化运行机械。

3.3 工装的计算机辅助技术

计算机在工装中的应用是一项重大的技术突破，通过计算机可以进行各种分析。针对工装的发展，研究人员在计算机辅助技术方面已经开发出一套三维模型。该模型具体依据工装的运作模式和工艺，设计出一种合适的数控技术，有针对性地进行系统分析和考核，使得生产更具精准性。

3.4 工装技术中的网络化协助化控制

网络的最大作用就是把所有与其相关的机械都联系在一起，这样工装就不会显得孤立。在网络化环境下，工装以网络为纽带，与机床进行信息传递和交流。工装技术通过网络化协助化控制，提高了加工效率，加工过程更加安全可靠，且加工的产品也有质量保障。

4 柔性工装的发展前景

当前，数控机床正朝着系统化、网络化、智能化的方向发展。将柔性工装应用到数控机床上势必形成锦上添花的效果，二者共同参与加工将给数控机床的运行速度、加工效率带来全面提升，二者之间的无缝衔接将使整个系统从松散无序变得行动一致、节奏有律。由此可见，实现机床与工装系统的完美融合是未来柔性工装的发展方向。一方面，要实现结构上的融合。将柔性工装引入机床的工作中，实现网络化的协作，最终实现机床加工范围的最大化、生产时间的最小化。另一方面，要实现数据口的融合。由于机床上的制作工具不能与工装系统发生联系，因此要在系统上安装能实现通讯的数据口，达到三维实体数据的效果。

目前来看，随着工装技术的不断进步，机床与工装的结合已成为必然选择。在信息化高速发展的未来，“数控机床+柔性工装”的组合将制造出更加先进的机床，其完美融合将为中国制造业带来巨大生机。数字化的制造、网络化的进入、新型科技的嵌入，必将缩短生产周期、提高生产效率，从而推动制造业的快速发展。当然，在该领域，国内仍然需要学习并吸收国外的先进技术，同时通过自主创新，推动柔性工装的不断发展。

参考文献：

[1]戴世界.多轴精密数控系统的研究[D].厦门：厦门大学，2009.

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