数字化制造技术已经成为现代飞机结构零件制造的主要手段，数字化加工技术在飞机结构零件制造加工中的应用十分广泛，随着CAD/CAM在航空新产品研制的大量应用，约有80%以上的零部件实现了数控加工。而在数控加工中程序调整、工装夹具准备、刀具准备、工件检测等占用的时间较多，加工效率偏低。据统计，机床主轴运转占用的时间与其他活动占用的时间比例仅为40%，机床有效切削时间比例仅为30%。故提升数控机床生产效率的关键在于创造更多的机床切削加工时间，即缩短机床的各类辅助时间。有效缩短各类辅助工序时间，或者将辅助工序内容转移到机床的切削加工操作线外完成已成为提升数控加工效能的有效措施。同时，随着公司的快速发展，近年来公司也在逐步要求走入按需生产模式。这给各工件单位，特别是项目繁多的飞机精密小件生产单位带来更大的生产加工与管理难度。首先，飞机精密小件具有工件加工节奏快、有效加工时间短、工件换产及换装频繁的典型特点。而工件换产、换装时间长，换装时间约占机床加工时间的10%，甚至更高;工件换产，平均一次工件首件生产准备周期大于2．5h。其次，生产现场工件工装调整过程的自动化水平低，更换机床夹具时，通常是靠人工完成，人工调整和装夹过程复杂、费时，严重影响了机床的有效加工时间和加工质量的一致性。
1传统的数控加工生产流程
目前专业厂数控加工的工件装夹方式，均是采用虎钳、压板、专用工装、自制工装或拼装夹具装夹。传统的数控加工工件换产流程:机床停机→拆卸旧工装(专用工装、垫板、虎钳)→准备垫板或虎钳(安装、找正)→垫板，根据工艺要求在垫板空隙位置钻压紧螺纹孔→按工艺要求装夹工件→机、运行调整，具体流程见图1所示。传统的数控加工工件工序内装夹流程:机床停机→松开压板或虎钳，取下已加工好的工件→重新装夹工件毛坯，压板压紧或虎钳夹紧→关机床门开机加工工件，具体流程见图2所示。通过对数控加工生产流程的分析知，工件加工前，操作者需要停机实施生产准备，在机床工作台面上完成定位、装夹、调试、找正等操作，带来数控机床停工，停工时间取决于生产准备工作量及效率。在设备停工状态下，工序内部生产准备时间较长，首件加工准备包括清理工作台、安装工装(或自制工装)、找正原点、装夹工件、对刀、复查调试程序等，准备时间最长可达4h甚至更长，最短1．5h，平均约3h。从分析中可以看出，定位、装夹、调试时间、工件换产准备等时间是影响机床停产时间的主要因素，缩短数控工序内部机床停机时间可有效提高数控加工效率。
2应用零点定位系统的高效换装
航空系统工件尺寸小、结构复杂，往往一个工件需要在多种类型机床上加工，加工的节奏快，工件换产、换装频繁。随着本单位工件加工方式由普通常规加工方式向数控加工方式转化速度的加快以及公司新机型研制速度的加快，致使专业厂的数控加工效能很大程度上决定着专业厂的生产任务交付完成率。为缩短各类辅助工序时间，提高数控加工效能，我们研究探索各种方法，如何能有效地将在机床工作台上的装夹操作转移到工作台外，同时保证整体装夹方便以及精度可靠。为解决这一问题，我单位投资采购了快速装夹零点定位系统，一次性完成定位和装夹，仅需约3min的时间便可实现换装、换产。该设备关键在于能保证工作台外工件装夹后的位置精度关系能完整地转移到机床工作台上，有效转移机床切削加工中装夹时间，同时能确保工装的固定和拆卸操作快捷、工件加工过程中装夹可靠、工装的维护简单以及成本性价比高，适用于各类数控机床。
2．1零点定位系统组成
包括:一套通用零点定位系统基座(图3)，一个小型液压泵(图4)，以及用于连接工件与零点工装基座的过渡板(图5)。
2．2工作原理
如图6所示，将具有夹具标准接口的零点定位系统精确地安装到机床的工作台上，定位系统中的每个定位器的位置相对机床来说都是确定的，在安装夹具、工件，或者编写加工程序进行数控加工时可以将任何一个定位器作为基准点，这也就是所谓的“零点”，这些“零点”不会因为更换工装夹具或者更换工件而改变。“零点”布局如图7所示。然后依据基于坐标系的空间平移原理，无需进行精度找正和工件夹紧，安装完毕后机床可以立刻进行正常机械加工，省去了传统方法的调试校正步骤，从而实现工作台外工件装夹后的位置精度关系能完整地转移到工作台上，达到工件加工时的精确定位、快速换装。根据零点定位系统的工作原理可知，将零点定位系统固定在机床工作台上，通过夹具托盘将工件(或专用夹具)与零点定位系统连接，实现快速换装，而工件的装夹压紧工作在机外便可完成，见图8所示。其中托盘的数量可以根据实际情况来定，而对一些可以直接加工工艺螺纹孔的工件，则不需要制造额外的托盘，直接将零点定位系统接头安装到工件上，然后与零点定位系统连接。该系统还可以整合整条生产线的机床，最大地发挥每台机床的潜能。图9所示为零点定位系统应用过程。由于每更换一次装夹工件的精度都会变化，所以一般在安排生产工艺时工程师们都尽量让一个工件在同一台机床上加工，不得不安排精加工机床进行工件的粗加工，造成一种隐形的浪费。通过零点定位系统就可以避免这种浪费，因为可以实现高精度、快速的工件换装，工程师们可以放心地将粗加工任务安排到粗加工机床，而让精加工机床只进行高精加工。
2．3零点定位系统应用改进
通过在现场实际的操作应用，发现装夹工件需要零点定位系统的辅助工装，用于固定过渡板，装夹工件，以及多台机床之间运输液压泵。辅助工装设计如图10。
3实施效果
传统的装夹方法，工件换装时，操作者需要停机拆卸工件、测量工件、安装压紧工件等工作内容，平均耗时约12min/次;同时，在进行换产时的生产准备时，操作者需要停机进行工件加工前的定位、装夹、找正、压紧、找正原点、对刀等准备工作，平均约1．5h/次。通过选取典型工件，实施成组加工方案，应用零点定位系统对工件进行线外装夹，程序加工原点设置在零点定位系统的一个基点上，换装时，真正占用机床的停机安装时间仅为工件起吊与再次吊入时间，而换产时，真正占用机床的停机安装时间仅为零件起吊与再次吊入时间，以及传输调试程序、更换专用刀具的时间。平均换装停机时间可以控制在3min内，换产停机时间可以控制在10min内。优化采用成组加工，通过零点定位系统的应用，统计加工实例数据，如表1及图11所示，优化后，机床停机时间平均减少了88．82%左右。
4结语
目前制造行业中凡涉及切削加工的，机床的投入是实际生产加工的主要成本组成部分，充分使用机床的实际切削时间是有效提升机床生产效率的关键。通过基于零点工装的数控机床工件快速装夹操作模式及应用实例带来了一种新模式的思考，以便我们打开思路，寻求更多的方法来缩短或者取消不得不停下机床而进行辅助操作的时间或者步骤，从而带来更多的实际生产效率。
作者：陈思涛 温良 单位：中航工业成都飞机工业( 集团) 有限责任公司系统件厂
