中国航空制造技术研究院研究员 王文理

组成飞机机体的结构件不断向整体化、大型化、轻量化、结构承载与功能综合等方向发展，金属去除率极高，表面质量及尺寸精度要求高，材料难加工，加工难度极大。随着大飞机项目的不断上马，飞机结构件的规格也越来越大。飞机结构件通常采用大型多坐标数控铣削设备配合专用夹具进行加工，很多航空零件的复杂结构必须在夹具的辅助下才能完成加工。因此，夹具在保障飞机结构件数控铣削加工过程的顺利进行以及保障零件加工精度方面发挥着极为重要的作用。

飞机结构件通常结构复杂，缺乏适合加工的定位基准及夹紧部位，所以毛坯的设计、加工基准的设计、零件夹紧部位的设计、刀具轨迹、设备的功能及行程、零件的加工变形及震颤等整个加工工艺流程中的各因素在夹具设计时都要通盘考虑，夹具的作用是配合整个工艺流程高效高质量完成加工。飞机零件大多是单件或小批量加工，因而自动化夹具应用较少，大多数属于专用夹具，大体概括为以下几类：

第一，基础板+定位孔+螺钉或压板类夹具。适于框、肋等平板类零件的数控加工。基础板上设置定位孔及螺纹孔，能够用销子将零件精确定位，零件被螺钉或压板夹紧。

第二，复杂结构或薄壁曲面的定位支撑类夹具。飞机结构件由于有减重的需求，因此存在着大量的复杂的凹槽结构或薄壁曲面结构。这些特殊的结构可加工性极差，有时必须要配备专用的夹具进行分度、定位、固定、支撑、加固及抑震等，才能满足这些特殊复杂结构零件的加工需求。此类夹具的设计要充分依据零件的结构特点，设计合理的定位、支撑及夹紧机构，甚至要在毛坯上设计特殊结构与夹具配合，才能够顺利完成加工。

第三，大型零件的夹具。随着大飞机的研发，很多飞机结构件长度达到数米甚至十多米，这些零件的夹具规格也巨大，要与加工工艺紧密结合，要关注重尺寸的保证，注重定位精度及增加零件刚性，还要保证夹具的刚性，控制夹具的自身的变形，保证夹具的精度。

第四，曲面保形型面+真空吸附或其它方式压紧类夹具。主要用于蒙皮、钣金件、整体壁板类、复合材料舱门及翼面类曲面零件的保形支撑及夹紧，增强弱刚性零件的刚性，用于数控铣削零件的型面及外廓。

第五，柔性可调夹具。近些年才在我国出现的先进可调柔性夹具，主要用于蒙皮类零件的铣削，它由多个可调支撑及其顶部的吸盘组成的阵列，能够根据蒙皮的曲面形状调整各支撑柱，符合零件的曲面。将已成型的蒙皮类零件吸附在其上，用于蒙皮的外形及开口的铣削加工。其最大的优点是柔性、可调，一套夹具能够快速适应不同的蒙皮加工，发展前景良好。

第六，型面检验夹具。用于飞机蒙皮、钣金件、整体壁板类及涉及到复杂曲面的零件的检验，检验型面轮廓与理论曲面的贴合轮廓度。检验夹具一般用多个卡板组成，卡板的制造依据来自于理论曲面的截面线。检验夹具工作效率高，简单方便。

加工蒙皮类零件的柔性夹具

近些年，中国航空制造技术研究院承担了多项新型飞机结构件的研制攻关，针对不同结构不同材料的特点，我们设计了严谨的工艺流程，然后设计专用夹具，很好地完成了研制攻关。尤其是针对蒙皮的加工，我们研制了带吸盘的柔性工装，能适应不同型面的蒙皮(如图)。我们的经验是，夹具设计一定要关注零件的材料性能、关键尺寸及形位公差的保证、零件的结构特点、设备的能力及加工方式，要注意控制加工过程中可能出现的变形及震颤。

我国航空工业夹具设计制造水平与国际水平差距还很大，夹具设计队伍专业程度较低，缺乏夹具设计标准;夹具自动化程度低，创新性设计缺乏，存在夹具使用不便、精度不高、重复使用过程中易变形等弊病。因此，希望我国航空工业多与专业的夹具企业进行交流合作，采用先进的夹具设计技术，多采用高精度的定位及快换元件，提高夹具的定位精度和装夹便捷性，提高夹具与加工设备的融合度。按飞机零件的种类设计出此类零件的较为理想的夹具解决方案并进行推广，尤其是柔性自动化夹具应加紧发展，进一步提高夹具的可靠性及应用范围，进一步提高大型专用夹具与设备的融合，合力完成大型复杂航空结构件的加工。