TSCGS 317001-2023 浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝規(guī)范

.S1SJ8.團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)S3浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝規(guī)范g3發(fā)布 4實(shí)施中國圖學(xué)學(xué)會 發(fā)布中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 出版S3目 次前言 Ⅲ引言 Ⅳ范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1總體要求原理

…………………1…………………1工藝要素的分類 2裝夾系統(tǒng) 2通用要求 2裝夾系統(tǒng)構(gòu)成 2工藝流程概述

…………………5…………………5加工前工藝準(zhǔn)備裝夾定位及布局夾具及工件安裝

……………………5……………………7……………………8自適應(yīng)加工 9附錄A規(guī)范性)X定位原理 0附錄B資料性)典型裝夾示例 2參考文獻(xiàn) 4圖1定位模塊示例 3圖2總流程圖 5圖3壓板式夾緊方式示意圖 6圖4拉釘式夾緊方式示意圖 6圖5真空式夾緊方式示意圖 7圖6定位方式 8圖7裝夾布局示例 8圖1壓板式夾緊方法 2圖2框式結(jié)構(gòu)壓板式夾緊方法 2圖3拉釘式夾緊方法圖4真空式夾緊方法

…………………3…………………3ⅠS3前 言本文件按照標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。本文件由南京航空航天大學(xué)提出。本文件由中國圖學(xué)學(xué)會歸口。本文件起草單位南京航空航天大學(xué)航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司中國商飛上海飛機(jī)制造有限公司雁棲湖基礎(chǔ)制造技術(shù)研究院北京有限公司。本文件主要起草人李迎光劉長青牟文平郝小忠趙智偉何方舟高鑫馮峰倪煬李德華、李衛(wèi)東郭浩楠王斌利周光哲潘新趙宇杰陳俊松王恩寧陳智斌。ⅢS3引 言新一代機(jī)械產(chǎn)品對加工變形控制提出了更高的要求現(xiàn)有的優(yōu)化和調(diào)整方法基于固定裝夾加工工藝方法將工件直接固定于工作臺上加工難以在加工過程中釋放并消除工件變形導(dǎo)致工件變形問題隨加工逐步累積加工完成后松開裝夾導(dǎo)致零件變形超差。浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝將工件撐起加工可在加工過程中釋放變形進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工變形的有效控制。該工藝已在成飛上飛等國內(nèi)大型航空航天企業(yè)得到使用。然而當(dāng)前國內(nèi)外均未針對浮動裝夾自適應(yīng)加工的工藝規(guī)范形成相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)包括工件毛坯設(shè)計(jì)工件裝夾布局工件定位夾緊指標(biāo)及浮動裝夾加工工藝標(biāo)準(zhǔn)等制約了該項(xiàng)工藝在國內(nèi)的推廣。制定浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝規(guī)范規(guī)定工件浮動裝夾自適應(yīng)加工的總體要求裝夾系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的通用要求以及加工工藝流程可利于浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝在國內(nèi)各家制造單位推廣促進(jìn)金屬材料框梁壁板等機(jī)械制造領(lǐng)域零件加工精度的提高。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)提請注意聲明符合本文件時可能涉及到專利X定位方法浮動裝夾自適應(yīng)加工方法與工藝裝備一種在零件加工過程中精確測量變形力的方法及裝置相關(guān)的專利的的使用。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)對于這些專利的真實(shí)性有效性和范圍無任何立場。該專利持有人已向本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)承諾他愿意同任何申請人在合理且無歧視的條款和條件下就專利授權(quán)許可進(jìn)行談判。該專利持有人的聲明已在本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)備案。相關(guān)信息可以通過以下聯(lián)系方式獲得:專利持有人姓名李迎光郝小忠劉長青趙智偉陳耿祥牟文平趙雪冬地址江蘇省南京市秦淮區(qū)御道街9號南京航空航天大學(xué)明故宮校區(qū)請注意除上述專利外本文件的某些內(nèi)容仍可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。ⅣS3浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝規(guī)范范圍本文件規(guī)定了工件浮動裝夾自適應(yīng)加工的總體要求工藝流程以及浮動裝夾系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的通用要求。本文件適用于金屬材料框梁壁板等制造業(yè)領(lǐng)域工件的浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中注明年份的引用文件僅該年份對應(yīng)的版本適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單適用于本文件。5液壓傳動系統(tǒng)及其元件的通用規(guī)則和安全要求7外殼防護(hù)等級P代碼)3機(jī)械制造工藝基本術(shù)語7氣動 對系統(tǒng)及其元件的一般規(guī)則和安全要求術(shù)語和定義3界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

浮動裝夾自適應(yīng)加工g在加工中自適應(yīng)釋放監(jiān)測并控制工件變形的加工工藝。X定位方法Xgd固定裝夾區(qū)域限制工件6個自由度浮動裝夾區(qū)域采用X個浮動定位點(diǎn)輔助支撐工件的定位方法。浮動模塊ge裝夾裝備中用于浮動的組件?？傮w要求原理定位方法將待加工工件劃分為固定裝夾區(qū)域和浮動裝夾區(qū)域固定裝夾區(qū)域限制工件6個自由度保證加工基準(zhǔn)浮動裝夾區(qū)域采用X個浮動定位點(diǎn)輔助支撐工件具體按附錄A中。來源專利X定位方法專利號]1S3浮動裝夾自適應(yīng)加工基于定位方法劃分裝夾區(qū)域在加工過程中保持工件夾緊在加工間隙打開浮動裝夾區(qū)域的裝夾釋放工件變形并監(jiān)測變形信息根據(jù)監(jiān)測變形信息的實(shí)際情況調(diào)整對應(yīng)加工策略。來源專利浮動裝夾自適應(yīng)加工方法與工藝裝備專利號]工藝要素的分類浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝按工藝要素分為:加工用機(jī)床;加工工件;浮動裝夾系統(tǒng)。裝夾系統(tǒng)通用要求使用環(huán)境裝夾系統(tǒng)的使用環(huán)境滿足如下要求:夾具系統(tǒng)的工作溫度應(yīng)在0℃0℃內(nèi); 氣動夾具系統(tǒng)的工作氣壓應(yīng)在61r內(nèi)液壓夾具系統(tǒng)的工作液壓應(yīng)在5~7范圍內(nèi)。排屑裝夾系統(tǒng)的排屑滿足如下要求:排屑過程應(yīng)優(yōu)先去除測量點(diǎn)支撐面夾緊面位置的切屑;夾緊模塊選用拉釘式夾緊方式時夾緊模塊應(yīng)具備氣壓排屑功能。防水依據(jù)裝置外殼防護(hù)等級應(yīng)達(dá)到8級。裝夾系統(tǒng)構(gòu)成通用要求裝夾系統(tǒng)應(yīng)由硬件與控制系統(tǒng)構(gòu)成。硬件概述裝夾系統(tǒng)的硬件部分包括總體結(jié)構(gòu)裝夾單元變形監(jiān)測模塊和動力模塊?？傮w結(jié)構(gòu)夾緊模塊裝備夾緊工件的夾緊模式包括壓板式夾緊拉釘式及真空式夾緊夾緊力大小應(yīng)滿足工件在加工中防移動的要求。2浮動模塊

S3浮動模塊在打開時應(yīng)具備充分釋放工件變形的能力夾緊時應(yīng)按照工件當(dāng)前位姿自適應(yīng)夾緊工件夾緊過程不應(yīng)導(dǎo)致工件產(chǎn)生裝夾變形。定位模塊定位模塊應(yīng)滿足如下要求:由3個定位部件組成A的定位區(qū)域由一個小平面及一個圓柱短銷組成B的定位區(qū)域由1個小平面及1個菱形短銷組成部件C的定位區(qū)域由一個小平面組成定位模塊部件的布置如圖1所示;定位部件的布置應(yīng)按照定位方法;部件A圓柱短銷與工件配合的最大間隙及部件B菱形短銷的長頭與工件配合的最大間隙應(yīng)滿足該工件加工設(shè)計(jì)的定位精度要求。圖1定位模塊示例裝夾單元固定裝夾單元固定裝夾單元應(yīng)滿足如下要求:依據(jù)定位限制工件的6個自由度;抵抗工件重力載荷;不干涉工件加工。浮動裝夾單元浮動裝夾單元應(yīng)滿足如下要求:包含浮動模塊及鎖緊模塊;能抵抗加工切削力及工件重力載荷;在打開狀態(tài)下滿足工件釋放變形需求;能在打開與夾緊狀態(tài)切換;所提供的夾緊力及剛度能保證工件加工不產(chǎn)生移動;不干涉工件加工。3S3輔助支撐單元輔助支撐單元滿足如下條件:能在打開與夾緊狀態(tài)切換;運(yùn)動行程可保證工件變形充分釋放。變形監(jiān)測模塊變形力監(jiān)測變形力監(jiān)測滿足如下要求:變形力監(jiān)測裝置的量程應(yīng)大于夾緊單元的夾緊力精度應(yīng)不低于量程的‰;變形力監(jiān)測裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度保持加工過程的穩(wěn)定性;裝置應(yīng)具備防水防污的功能防護(hù)等級應(yīng)符合T7外殼防護(hù)等級中的)8級。 ,d 變形力監(jiān)測點(diǎn)的位置根據(jù)材料幾何選擇外圍角點(diǎn)或邊界點(diǎn)的區(qū)域包絡(luò)整體材料。

且應(yīng)保證變形力的測量位置形成變形量監(jiān)測變形量監(jiān)測裝置包括接觸式及非接觸式滿足如下要求:量程應(yīng)大于工件變形量測量精度不低于1;防護(hù)等級應(yīng)達(dá)到7外殼防護(hù)等級中規(guī)定的8級。動力模塊動力模塊滿足如下要求:液壓控制、 ,

, / —壓力監(jiān)測保壓夾具系統(tǒng)應(yīng)具有液壓保壓功能

液壓控制設(shè)計(jì)應(yīng)按B

5中液壓傳動系統(tǒng)及其元件的通用規(guī)則和安全要求;氣壓控制、 ,

, / —壓力監(jiān)測保壓夾具系統(tǒng)應(yīng)具有氣壓保壓功能

氣壓控制設(shè)計(jì)應(yīng)按B

7中氣動對系統(tǒng)及其元件的一般規(guī)則和安全要求;電路控制、 , / —電路電壓保護(hù)8級。3控制系統(tǒng)概述

夾具系統(tǒng)內(nèi)部電路防護(hù)等級應(yīng)高于BT

7外殼防護(hù)等級中的控制系統(tǒng)包括通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通信系統(tǒng)通信協(xié)議的傳輸距離應(yīng)大于0傳輸速率應(yīng)不小于5。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)滿足如下要求:4夾具系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、 。

S3應(yīng)能采集變形數(shù)據(jù)應(yīng)能獲得機(jī)床加工狀態(tài)機(jī)床數(shù)據(jù)采集應(yīng)能獲得機(jī)床加工狀態(tài)

力數(shù)據(jù)。工藝流程概述浮動裝夾自適應(yīng)加工工藝流程包括加工前工藝準(zhǔn)備裝夾定位及布局夾具及工件安裝以及自適應(yīng)加工流程如圖2所示。圖2總流程圖加工前工藝準(zhǔn)備夾具選型夾緊力大小夾緊力大小應(yīng)根據(jù)工件加工過程中的切削力確定保證工件在加工過程中的穩(wěn)定性。對于航空航天工件常用材料鋁合金工件夾緊力宜在00鈦合金工件夾緊力在00。夾具材料夾具材料應(yīng)能夠適應(yīng)存在大量切屑和切削液的加工環(huán)境應(yīng)選用具有良好耐腐蝕性的材料。用于鋁合金工件加工的夾具夾具材料宜選用1鋁合金用于鈦合金工件加工的夾具夾具材料建議選用5鋼。夾緊方式常見的夾緊方式包括壓板式拉釘式和真空式3種:壓板式對于切削力較大

加工面有足夠空間避免壓板和刀具干涉的工件

宜選擇壓板式夾緊方式如5S3圖3所示典型裝夾示例見附錄B中1和;標(biāo)引序號說明:1———壓板;壓力位移傳感器;支撐模塊;浮動機(jī)構(gòu)。拉釘式

圖3壓板式夾緊方式示意圖, , , ;對于有多次裝夾需求的工件

宜選擇拉釘式夾緊方式如圖4所示典型裝夾示例見3標(biāo)引序號說明:1———工件;鎖緊銷;夾緊拉釘;零點(diǎn)定位。

圖4拉釘式夾緊方式示意圖6真空式 ,

S3, , ,對于切削力較小無法設(shè)計(jì)工藝凸臺的工件見。

宜選擇真空式夾緊方式如圖5所示典型裝夾示例標(biāo)引序號說明:真空吸盤頭工件。工件毛坯設(shè)計(jì)

圖5真空式夾緊方式示意圖工件毛坯的設(shè)計(jì)符合如下要求:工件毛坯的尺寸應(yīng)保證包絡(luò)工件最終加工幾何形裝;工件毛坯應(yīng)留有用于裝夾裝置夾緊的區(qū)域如夾緊用凸臺或工藝孔:凸臺尺寸應(yīng)不小于000凸臺間的間距應(yīng)不大于0;毛坯用于定位的3個凸臺應(yīng)設(shè)計(jì)用于定位的通孔平面度應(yīng)小于1;對于采用拉釘式夾緊的毛坯浮動裝夾區(qū)域凸臺應(yīng)設(shè)計(jì)有用于裝配拉釘?shù)穆菁y孔。裝夾定位及布局定位方式根據(jù)X定位方法在固定裝夾區(qū)域設(shè)置3個定位點(diǎn)如圖6所示。7S3標(biāo)引序號說明:浮動裝夾區(qū)域;固定裝夾區(qū)域。工件裝夾布局工件毛坯的裝夾布局包含如下要求:

圖6定位方式根據(jù)定位方法選取工件中間位置區(qū)域作為固定裝夾區(qū)域邊緣位置區(qū)域作為浮動裝夾區(qū)域裝夾布局如圖7所示;裝夾單元所包圍的區(qū)域應(yīng)在長

寬方向上完全包絡(luò)毛坯;毛坯剛度較弱區(qū)域應(yīng)增加輔助支撐單元。標(biāo)引序號說明:浮動裝夾區(qū)域;2固定裝夾區(qū)域。夾具及工件安裝夾具及工件安裝步驟如下:

圖7裝夾布局示例6+X定位方法3個固定裝夾夾具固定裝夾夾具的定位面平面度應(yīng)不大2;安裝X個浮動裝夾夾具;8S3放置毛坯毛坯定位用凸臺應(yīng)貼合固定裝夾的定位面根據(jù)固定裝夾單元的定位銷和定位面定位工件并通過固定裝夾將毛坯夾緊完成定位;X個浮動裝夾根據(jù)工件當(dāng)前位姿同時夾緊工件。自適應(yīng)加工浮動模塊打開基于加工過程中的力位移等監(jiān)測數(shù)據(jù)或其他工藝設(shè)計(jì)確定浮動模塊的打開時機(jī)浮動模塊打開后應(yīng)不約束工件變形的充分釋放。浮動模塊夾緊當(dāng)完成工件變形釋放過程后夾緊浮動模塊夾緊過程不應(yīng)導(dǎo)致工件產(chǎn)生變形。9S3定位方法概述

附 錄A規(guī)范性)6+X定位原理將加工工件劃分為固定裝夾和浮動裝夾的區(qū)域。固定裝夾區(qū)域限制工件6個自由度保證加工基準(zhǔn)浮動裝夾區(qū)域采用X個浮動定位點(diǎn)輔助支撐工件浮動定位點(diǎn)在加工過程中根據(jù)工件變形不斷調(diào)整定位位置以充分釋放變形。工件的固定裝夾區(qū)域根據(jù)工件中間加工狀態(tài)質(zhì)心確定工件的其余區(qū)域?yàn)楦友b夾區(qū)域。計(jì)算方法中間加工狀態(tài)質(zhì)心的計(jì)算方法k首先通過分析工件的結(jié)構(gòu)特征和加工特點(diǎn)對工件進(jìn)行加工特征分類并定義各特征加工時的材料去除區(qū)域?yàn)樵撎卣鞯募庸缀卧俑鶕?jù)工件加工工藝參數(shù)對加工幾何進(jìn)行分層以單個特征加工幾何的單個加工層為一個加工單元工件加工過程中每去除一個加工單元即產(chǎn)生一個新的中間加工狀態(tài)計(jì)算所有加工單元所對應(yīng)的中間加工狀態(tài)下的質(zhì)心。如式所示中間加工狀態(tài)幾何表示為毛坯減掉已去除的加工單元:k式中:

GG-1i 1)G 當(dāng)前中間加工狀態(tài)幾何;G 毛坯幾何;k 當(dāng)前已去除的加工單元的數(shù)量;i工件的第i個加工單元的幾何?！?工件中間加工狀態(tài)質(zhì)心由毛坯的質(zhì)心和加工單元的質(zhì)心計(jì)算如式→ mr-∑m→ssrp=

iii=1k

……2)式中:

s-1ip 當(dāng)前中間加工狀態(tài)質(zhì)心的位置矢量;s毛坯質(zhì)量;s

毛坯質(zhì)心位置矢量;ii個加工單元的質(zhì)量;i i個加工單元的質(zhì)心位置矢量;k 當(dāng)前已去除的加工單元的數(shù)量。0S3固定裝夾區(qū)域的確定方法方法1在工件上確定主定位面在主定位面上確定一個三角形包絡(luò)工件所有中間加工狀態(tài)質(zhì)心從而使工件所受的支撐力和重力保持平衡保持工件穩(wěn)定再優(yōu)化三角形區(qū)域頂點(diǎn)位置使其面積最小從而減小其對釋放變形的影響三角形區(qū)域即為固定裝夾區(qū)域。方法步驟如下:步驟一根據(jù)工件特征確定主定位面一般選取工件的下表面;步驟二將工件的全部中間加工狀態(tài)的質(zhì)心投影到主定位面上;步驟三采用優(yōu)化算法求解三角形區(qū)域。以包絡(luò)所有質(zhì)心投影為約束并保證三角形三邊邊長都不小于定位元件所需要的尺寸以三角形區(qū)域面積最小為優(yōu)化目標(biāo)求解最優(yōu)3個頂點(diǎn)坐標(biāo)解得的三角形區(qū)域即為固定裝夾區(qū)域。方法2首先在工件上確定主定位面再計(jì)算中間加工狀態(tài)質(zhì)心集的中心根據(jù)實(shí)驗(yàn)法或計(jì)算分析法在工件主定位面上確定變形滿足一定條件的區(qū)域在區(qū)域r內(nèi)找到一個三角形區(qū)域使其包絡(luò)最多的中間加工狀態(tài)質(zhì)心從而使工件所受的支撐力和重力保持平衡保持工件穩(wěn)定再使優(yōu)化頂點(diǎn)面積最小從而減小其對釋放變形的影響求解的三角形區(qū)域即為固定裝夾區(qū)域。方法步驟如下:步驟一根據(jù)工件特征選取主定位面一般選取工件的下表面;步驟二將工件的全部中間加工狀態(tài)的質(zhì)心投影到主定位面上;步驟三按式計(jì)算中間加工狀態(tài)質(zhì)心集的中心0。設(shè)工件有n個加工單元則有n個中間加工狀態(tài)質(zhì)心0表示為:→ n→式中:

0

pp=1n

……3)p第p個中間加工狀態(tài)的質(zhì)心位置矢量0投影到主定位面上投影為0。步驟四根據(jù)實(shí)驗(yàn)法或計(jì)算法得到工件整體變形分布在工件主定位面上選擇相對于中間加工狀態(tài)質(zhì)心集的中心0變形量小于1的連續(xù)區(qū)域?yàn)椤?根據(jù)工件允許變形量0選取1μ*0其中μ通過經(jīng)驗(yàn)確定一般取;步驟五以區(qū)域