TSCGS 317001-2023 浮动装夹自适应加工工艺规范

.S1SJ8.团 体 标 准S3浮动装夹自适应加工工艺规范g3发布 4实施中国图学学会 发布中国标准出版社 出版S3目 次前言 Ⅲ引言 Ⅳ范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1总体要求原理

…………………1…………………1工艺要素的分类 2装夹系统 2通用要求 2装夹系统构成 2工艺流程概述

…………………5…………………5加工前工艺准备装夹定位及布局夹具及工件安装

……………………5……………………7……………………8自适应加工 9附录A规范性)X定位原理 0附录B资料性)典型装夹示例 2参考文献 4图1定位模块示例 3图2总流程图 5图3压板式夹紧方式示意图 6图4拉钉式夹紧方式示意图 6图5真空式夹紧方式示意图 7图6定位方式 8图7装夹布局示例 8图1压板式夹紧方法 2图2框式结构压板式夹紧方法 2图3拉钉式夹紧方法图4真空式夹紧方法

…………………3…………………3ⅠS3前 言本文件按照标准化工作导则 第1部分标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由南京航空航天大学提出。本文件由中国图学学会归口。本文件起草单位南京航空航天大学航空工业成都飞机工业集团有限责任公司中国商飞上海飞机制造有限公司雁栖湖基础制造技术研究院北京有限公司。本文件主要起草人李迎光刘长青牟文平郝小忠赵智伟何方舟高鑫冯峰倪炀李德华、李卫东郭浩楠王斌利周光哲潘新赵宇杰陈俊松王恩宁陈智斌。ⅢS3引 言新一代机械产品对加工变形控制提出了更高的要求现有的优化和调整方法基于固定装夹加工工艺方法将工件直接固定于工作台上加工难以在加工过程中释放并消除工件变形导致工件变形问题随加工逐步累积加工完成后松开装夹导致零件变形超差。浮动装夹自适应加工工艺将工件撑起加工可在加工过程中释放变形进而实现加工变形的有效控制。该工艺已在成飞上飞等国内大型航空航天企业得到使用。然而当前国内外均未针对浮动装夹自适应加工的工艺规范形成相应标准包括工件毛坯设计工件装夹布局工件定位夹紧指标及浮动装夹加工工艺标准等制约了该项工艺在国内的推广。制定浮动装夹自适应加工工艺规范规定工件浮动装夹自适应加工的总体要求装夹系统设计制造的通用要求以及加工工艺流程可利于浮动装夹自适应加工工艺在国内各家制造单位推广促进金属材料框梁壁板等机械制造领域零件加工精度的提高。本文件的发布机构提请注意声明符合本文件时可能涉及到专利X定位方法浮动装夹自适应加工方法与工艺装备一种在零件加工过程中精确测量变形力的方法及装置相关的专利的的使用。本文件的发布机构对于这些专利的真实性有效性和范围无任何立场。该专利持有人已向本文件的发布机构承诺他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下联系方式获得:专利持有人姓名李迎光郝小忠刘长青赵智伟陈耿祥牟文平赵雪冬地址江苏省南京市秦淮区御道街9号南京航空航天大学明故宫校区请注意除上述专利外本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。ⅣS3浮动装夹自适应加工工艺规范范围本文件规定了工件浮动装夹自适应加工的总体要求工艺流程以及浮动装夹系统设计制造的通用要求。本文件适用于金属材料框梁壁板等制造业领域工件的浮动装夹自适应加工工艺。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中注明年份的引用文件仅该年份对应的版本适用于本文件不注年份的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件。5液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求7外壳防护等级P代码)3机械制造工艺基本术语7气动 对系统及其元件的一般规则和安全要求术语和定义3界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

浮动装夹自适应加工g在加工中自适应释放监测并控制工件变形的加工工艺。X定位方法Xgd固定装夹区域限制工件6个自由度浮动装夹区域采用X个浮动定位点辅助支撑工件的定位方法。浮动模块ge装夹装备中用于浮动的组件。总体要求原理定位方法将待加工工件划分为固定装夹区域和浮动装夹区域固定装夹区域限制工件6个自由度保证加工基准浮动装夹区域采用X个浮动定位点辅助支撑工件具体按附录A中。来源专利X定位方法专利号]1S3浮动装夹自适应加工基于定位方法划分装夹区域在加工过程中保持工件夹紧在加工间隙打开浮动装夹区域的装夹释放工件变形并监测变形信息根据监测变形信息的实际情况调整对应加工策略。来源专利浮动装夹自适应加工方法与工艺装备专利号]工艺要素的分类浮动装夹自适应加工工艺按工艺要素分为:加工用机床;加工工件;浮动装夹系统。装夹系统通用要求使用环境装夹系统的使用环境满足如下要求:夹具系统的工作温度应在0℃0℃内; 气动夹具系统的工作气压应在61r内液压夹具系统的工作液压应在5~7范围内。排屑装夹系统的排屑满足如下要求:排屑过程应优先去除测量点支撑面夹紧面位置的切屑;夹紧模块选用拉钉式夹紧方式时夹紧模块应具备气压排屑功能。防水依据装置外壳防护等级应达到8级。装夹系统构成通用要求装夹系统应由硬件与控制系统构成。硬件概述装夹系统的硬件部分包括总体结构装夹单元变形监测模块和动力模块。总体结构夹紧模块装备夹紧工件的夹紧模式包括压板式夹紧拉钉式及真空式夹紧夹紧力大小应满足工件在加工中防移动的要求。2浮动模块

S3浮动模块在打开时应具备充分释放工件变形的能力夹紧时应按照工件当前位姿自适应夹紧工件夹紧过程不应导致工件产生装夹变形。定位模块定位模块应满足如下要求:由3个定位部件组成A的定位区域由一个小平面及一个圆柱短销组成B的定位区域由1个小平面及1个菱形短销组成部件C的定位区域由一个小平面组成定位模块部件的布置如图1所示;定位部件的布置应按照定位方法;部件A圆柱短销与工件配合的最大间隙及部件B菱形短销的长头与工件配合的最大间隙应满足该工件加工设计的定位精度要求。图1定位模块示例装夹单元固定装夹单元固定装夹单元应满足如下要求:依据定位限制工件的6个自由度;抵抗工件重力载荷;不干涉工件加工。浮动装夹单元浮动装夹单元应满足如下要求:包含浮动模块及锁紧模块;能抵抗加工切削力及工件重力载荷;在打开状态下满足工件释放变形需求;能在打开与夹紧状态切换;所提供的夹紧力及刚度能保证工件加工不产生移动;不干涉工件加工。3S3辅助支撑单元辅助支撑单元满足如下条件:能在打开与夹紧状态切换;运动行程可保证工件变形充分释放。变形监测模块变形力监测变形力监测满足如下要求:变形力监测装置的量程应大于夹紧单元的夹紧力精度应不低于量程的‰;变形力监测装置应具有足够的强度保持加工过程的稳定性;装置应具备防水防污的功能防护等级应符合T7外壳防护等级中的)8级。 ,d 变形力监测点的位置根据材料几何选择外围角点或边界点的区域包络整体材料。

且应保证变形力的测量位置形成变形量监测变形量监测装置包括接触式及非接触式满足如下要求:量程应大于工件变形量测量精度不低于1;防护等级应达到7外壳防护等级中规定的8级。动力模块动力模块满足如下要求:液压控制、 ,

, / —压力监测保压夹具系统应具有液压保压功能

液压控制设计应按B

5中液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求;气压控制、 ,

, / —压力监测保压夹具系统应具有气压保压功能

气压控制设计应按B

7中气动对系统及其元件的一般规则和安全要求;电路控制、 , / —电路电压保护8级。3控制系统概述

夹具系统内部电路防护等级应高于BT

7外壳防护等级中的控制系统包括通信系统和数据采集系统。通信系统通信协议的传输距离应大于0传输速率应不小于5。数据采集数据采集系统满足如下要求:4夹具系统数据采集、 。

S3应能采集变形数据应能获得机床加工状态机床数据采集应能获得机床加工状态

力数据。工艺流程概述浮动装夹自适应加工工艺流程包括加工前工艺准备装夹定位及布局夹具及工件安装以及自适应加工流程如图2所示。图2总流程图加工前工艺准备夹具选型夹紧力大小夹紧力大小应根据工件加工过程中的切削力确定保证工件在加工过程中的稳定性。对于航空航天工件常用材料铝合金工件夹紧力宜在00钛合金工件夹紧力在00。夹具材料夹具材料应能够适应存在大量切屑和切削液的加工环境应选用具有良好耐腐蚀性的材料。用于铝合金工件加工的夹具夹具材料宜选用1铝合金用于钛合金工件加工的夹具夹具材料建议选用5钢。夹紧方式常见的夹紧方式包括压板式拉钉式和真空式3种:压板式对于切削力较大

加工面有足够空间避免压板和刀具干涉的工件

宜选择压板式夹紧方式如5S3图3所示典型装夹示例见附录B中1和;标引序号说明:1———压板;压力位移传感器;支撑模块;浮动机构。拉钉式

图3压板式夹紧方式示意图, , , ;对于有多次装夹需求的工件

宜选择拉钉式夹紧方式如图4所示典型装夹示例见3标引序号说明:1———工件;锁紧销;夹紧拉钉;零点定位。

图4拉钉式夹紧方式示意图6真空式 ,

S3, , ,对于切削力较小无法设计工艺凸台的工件见。

宜选择真空式夹紧方式如图5所示典型装夹示例标引序号说明:真空吸盘头工件。工件毛坯设计

图5真空式夹紧方式示意图工件毛坯的设计符合如下要求:工件毛坯的尺寸应保证包络工件最终加工几何形装;工件毛坯应留有用于装夹装置夹紧的区域如夹紧用凸台或工艺孔:凸台尺寸应不小于000凸台间的间距应不大于0;毛坯用于定位的3个凸台应设计用于定位的通孔平面度应小于1;对于采用拉钉式夹紧的毛坯浮动装夹区域凸台应设计有用于装配拉钉的螺纹孔。装夹定位及布局定位方式根据X定位方法在固定装夹区域设置3个定位点如图6所示。7S3标引序号说明:浮动装夹区域;固定装夹区域。工件装夹布局工件毛坯的装夹布局包含如下要求:

图6定位方式根据定位方法选取工件中间位置区域作为固定装夹区域边缘位置区域作为浮动装夹区域装夹布局如图7所示;装夹单元所包围的区域应在长

宽方向上完全包络毛坯;毛坯刚度较弱区域应增加辅助支撑单元。标引序号说明:浮动装夹区域;2固定装夹区域。夹具及工件安装夹具及工件安装步骤如下:

图7装夹布局示例6+X定位方法3个固定装夹夹具固定装夹夹具的定位面平面度应不大2;安装X个浮动装夹夹具;8S3放置毛坯毛坯定位用凸台应贴合固定装夹的定位面根据固定装夹单元的定位销和定位面定位工件并通过固定装夹将毛坯夹紧完成定位;X个浮动装夹根据工件当前位姿同时夹紧工件。自适应加工浮动模块打开基于加工过程中的力位移等监测数据或其他工艺设计确定浮动模块的打开时机浮动模块打开后应不约束工件变形的充分释放。浮动模块夹紧当完成工件变形释放过程后夹紧浮动模块夹紧过程不应导致工件产生变形。9S3定位方法概述

附 录A规范性)6+X定位原理将加工工件划分为固定装夹和浮动装夹的区域。固定装夹区域限制工件6个自由度保证加工基准浮动装夹区域采用X个浮动定位点辅助支撑工件浮动定位点在加工过程中根据工件变形不断调整定位位置以充分释放变形。工件的固定装夹区域根据工件中间加工状态质心确定工件的其余区域为浮动装夹区域。计算方法中间加工状态质心的计算方法k首先通过分析工件的结构特征和加工特点对工件进行加工特征分类并定义各特征加工时的材料去除区域为该特征的加工几何再根据工件加工工艺参数对加工几何进行分层以单个特征加工几何的单个加工层为一个加工单元工件加工过程中每去除一个加工单元即产生一个新的中间加工状态计算所有加工单元所对应的中间加工状态下的质心。如式所示中间加工状态几何表示为毛坯减掉已去除的加工单元:k式中:

GG-1i 1)G 当前中间加工状态几何;G 毛坯几何;k 当前已去除的加工单元的数量;i工件的第i个加工单元的几何。→ 工件中间加工状态质心由毛坯的质心和加工单元的质心计算如式→ mr-∑m→ssrp=

iii=1k

……2)式中:

s-1ip 当前中间加工状态质心的位置矢量;s毛坯质量;s

毛坯质心位置矢量;ii个加工单元的质量;i i个加工单元的质心位置矢量;k 当前已去除的加工单元的数量。0S3固定装夹区域的确定方法方法1在工件上确定主定位面在主定位面上确定一个三角形包络工件所有中间加工状态质心从而使工件所受的支撑力和重力保持平衡保持工件稳定再优化三角形区域顶点位置使其面积最小从而减小其对释放变形的影响三角形区域即为固定装夹区域。方法步骤如下:步骤一根据工件特征确定主定位面一般选取工件的下表面;步骤二将工件的全部中间加工状态的质心投影到主定位面上;步骤三采用优化算法求解三角形区域。以包络所有质心投影为约束并保证三角形三边边长都不小于定位元件所需要的尺寸以三角形区域面积最小为优化目标求解最优3个顶点坐标解得的三角形区域即为固定装夹区域。方法2首先在工件上确定主定位面再计算中间加工状态质心集的中心根据实验法或计算分析法在工件主定位面上确定变形满足一定条件的区域在区域r内找到一个三角形区域使其包络最多的中间加工状态质心从而使工件所受的支撑力和重力保持平衡保持工件稳定再使优化顶点面积最小从而减小其对释放变形的影响求解的三角形区域即为固定装夹区域。方法步骤如下:步骤一根据工件特征选取主定位面一般选取工件的下表面;步骤二将工件的全部中间加工状态的质心投影到主定位面上;步骤三按式计算中间加工状态质心集的中心0。设工件有n个加工单元则有n个中间加工状态质心0表示为:→ n→式中:

0

pp=1n

……3)p第p个中间加工状态的质心位置矢量0投影到主定位面上投影为0。步骤四根据实验法或计算法得到工件整体变形分布在工件主定位面上选择相对于中间加工状态质心集的中心0变形量小于1的连续区域为。1根据工件允许变形量0选取1μ*0其中μ通过经验确定一般取;步骤五以区域