1 、 前言

  
     产品生产过程中，周期与成本是两个十分重要的因素。尤其在新品研制阶段，由于产品尚未定型，产品结构更改及工艺更改比较频繁，给生产准备、尤其是工艺装备的设计和制造带来很大困难，不但会造成工艺装备成本的增加，同时生产准备周期会大大延长。因此，在产品研制阶段，大量采用组合夹具是缩短生产准备周期，降低工装成本的重要途径。传统的组合夹具由于其自身系统存在不足而影响了柔性组合夹具功能的发挥，因此在原有组合夹具技术系统的基础上进一步的开发、创新，对于深入挖掘柔性组合夹具高效、快捷的潜在功效十分必要。

       2  、组合夹具的特点及应用范围

      2.1组合夹具的定义

      组合夹具是工艺装备的一部分，是由一系列标准化、模块化的元件，根据产品加工要求而组装出来的夹具，可以理解成高度标准化的专用夹具，但因其元件可以循环应用，夹具能够实现快速组装、快速调整，因此能够缩短60%以上的夹具生产周期，节省80%以上的原材料。

      从功能上讲，组合夹具属于专用夹具的一种，从其结构特点上说，组合夹具属于可循环利用的并具有高精度、高强度的标准化元件组装成的易联结和拆卸的夹具，目前通用的说法将组合夹具与专用夹具分开，主要是依据夹具的设计制造过程，专用夹具需要工装制造厂根据设计图样制造专用元件，而组合夹具则是直接选用通用元器件。

     2.2组合夹具的类别及特点

       按元件结构区分，组合夹具一般可分为槽系和孔系两种，近年来，随着国内外组合技术的不断发展，在以上两种元件的基础上又开发出了孔、槽系集成元件。

      组合夹具的最大特点是周期短、见效快，虽然一次投资成本较大，但由于其元件的循环应用功能，按一个机型或几个机型循环综合计算，工装成本将会大大降低。

      2.3组合夹具的应用范围

      从加工零件的批量来看，组合夹具最适用于新产品研制、试制、单件和小批量生产，对于产品变换频繁，改型周期短，产品类型多的部门和企业，大量使用组合夹具的经济效益较明显；从加工工序分析，组合夹具对于钻、铣、车、磨、镗等加工基本都可适用，部分装配、焊接、检验工序也可实现；从精度等级方面，组合夹具的直线尺寸精度可控制在±0.05范围之内，角度误差可控制在±5′以内；从加工零件的外廓尺寸来看，一般尺寸在1000mm以下的零件夹具均可组合，而现在出现的大型组合元件使夹具的应用范围又扩大了很多。

     2.4组合夹具的产品研制中的作用

     (1) 缩短生产准备周期，适应市场快速反应需求；
     (2) 减少专用工装数量，降低研发成本；
     (3) 调整灵活、快速，降低研发风险；
     (4) 为后期批量生产时工装设计和制造提供基础证据；
     (5) 节能降耗。

        3、  国内组合夹具应用现状

      3.1组合夹具应用情况

      目前国内组合夹具应用范围十分广泛，遍及航空、航天、船舶、汽车、机械、纺织等系统，其中航空系统各主机厂都大量采用组合夹具。夹具组装技术从最初的纯手工作业方式正逐步与数字化设计、信息化管理等先进技术接轨，专业范围除传统的机械加工外，也逐步向导管焊接、装配、检验等专业渗透。

      3.2目前组合夹具系统处在的不足

      从原理上说，组合夹具能够替代90%以上的专用工装，但实际应用中，如果不能处理好组合夹具自身系统存在的不足，其利用率会大打折扣，目前国内组合夹具尚不能大量普及的主要原因有以下几点：

     （1）一次投入成本高。组合夹具元件属高精度元件，其价格较贵，虽然具备循环应用特点，但如要批量使用，一次性投入较大，而见效需在使用一定数量规模的情况下才能体现，所以一般中小型企业，尤其是在产品来源不固定的情况下欲使用组合夹具投入较大，风险相对增加。在这种情况下可以考虑租赁使用。
     （2）专业技术发展慢，社会效应未能充分体现，广告效应低。
     （3）元件系统相对孤立。传统的槽系和孔系组合夹具都是自成一派，相互之间兼容性低，各自优势和劣势明显，不能互补。如槽系夹具组装方便，调节灵活，但刚性、稳定性不足；孔系夹具刚性好，精度高，但设计组装过程繁琐，调整困难。
     （4）传统的生产方式落后，夹具生产的绝对时间短，但不能实现即时供应。

        4、现代柔性组合夹具的发展趋势

        现如今由于产品多样化，新品研制过程的复杂化，工件精度要求的高度化，工艺装备的柔性化，对组合夹具结构的要求更具体展现出来，不但要解决结构灵巧、使用方便、安全可靠等问题，而且要超多种类夹具、多品种元件的方向发展，使各种系列类型元件之间能够互通、配套、结合、选优。

      4.1数字化技术应用于组合夹具生产过程中

        随着计算机设计技术，尤其是数字化设计技术的逐步成熟，组合夹具的发展必须与先进的技术接轨，其功能才能得到更大的发挥。由于产品设计的上游数据均采用三维数据集的形式传输，产品的更多数据信息只有通过数学模型才能读取，因此传统的按图纸、工序件组装夹具越来越受限制。单纯讲工艺装备的数字化设计，已经是成熟的技术，但数字化设计技术与组合夹具的结合，尚未更好地普及。组合夹具设计模块的开发，为实现组合夹具的设计和模拟组装提供了基础。未来的组合夹具，可以理解成完全标准化的工艺装备，其设计与目前的工装设计过程一致，将是完全的数字化设计和信息化管理。

      4.2组合夹具系列、结构的变化与更新

       目前我国组合夹具的主打系列还是以槽系夹具为主，这类夹具灵活性高，组装调整方便，适用于铸件、模锻件等不规则基准面零件夹具的组装，以及粗加工、半精加工等工序所用的夹具。不足之处在于元件之间的联结刚性差，夹具稳定性不足，夹具精度易受撞击等外界因素的影响而变化，夹具很难承受大切削力。在欧美等国家，孔系组合夹具应用较广泛。该系列的特点是元件之间刚性联结，组装出的夹具精度高，刚性好，不易变形，但灵活性不足，调整不方便。我们结合二者优势，开发出了孔、槽系列结合的元件系统，即开发出部分部分元件，能使传统孔槽系列元件完全兼容使用，将二者的优势得以从分发挥，同时又最大限度的弥补了其原有的缺陷。

      4.3孔槽结合类组合夹具的基本原理

      从多年应用中可以得出结论，槽系组合夹具的最大缺陷是刚性和稳定性不足，究其根本是多元件叠加使用时连接刚性不足，就单个元件来讲都是经过试验和实践验证的。连接的刚性主要取决与其固有的结构特点和连接方式。而孔系夹具调整不灵活，主要体现在基础元件上孔位的固定性。一套优质的工装，定位 、引导等结构装置要求稳定、可靠，而压调整机构则需要方便灵活。基于以上原理，我们开发孔槽结合类夹具元件的主要思路是利用槽系夹具的基础板作为夹具基体，夹具体中定位、支撑等机构采用孔系系列元件，从而既能保证夹具主要结构的刚性、强度和稳定性，而压紧、调整等机构从槽系基础板上安装，其灵活性将大大提高。

      4.4孔槽结合类组合夹具示例

      上图是孔槽系列元件结合应用的一个简单示例，该夹具中，基础板采用的是槽系元件，上面的支撑件采用孔系元件，把两种系列元件连接在一起的是我们新开发的孔槽过渡支承件的一类，针对不同的连接方式对应不同的新型过渡件结构，同时，由于孔、槽系元件连接方式的不同，过渡连接件需要特殊的紧固件和专用工具。

        5、结论

        随着中国装备制造业的迅猛发展，产品更新换代的日益频繁，新型柔性组合夹具将会得到更加广泛的应用，其快速、简捷、省工、省时、省钱的优势将会得到更大的发挥。随着夹具组装技术的不断进步，元件系统的逐步更新、升级，组合夹具的使用范围、实用功能等将会大大提高，其发展空间，市场前景还有很大的潜力可以挖掘。（文自：沈阳机床股份有限公司 ）