工裝的設(shè)計(jì)制作探討

王兆起

摘要：隨著世界的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)工藝工裝串行的設(shè)計(jì)方式無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)周期短，精度高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，提高工裝的設(shè)計(jì)制作是縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。

關(guān)鍵詞：工裝；設(shè)計(jì)；制作探討

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

工裝設(shè)計(jì)僅僅是機(jī)械設(shè)計(jì)中的一小部分，其設(shè)計(jì)過(guò)程同機(jī)械設(shè)計(jì)一樣，都是一個(gè)不斷探究、不斷優(yōu)化、不斷改進(jìn)，最終達(dá)到理想目標(biāo)的過(guò)程。文章通過(guò)反復(fù)探究、反復(fù)優(yōu)化、反復(fù)改進(jìn)的形式敘述了柱上斷路器使用的工裝底架的設(shè)計(jì)過(guò)程，文章論述的此種結(jié)構(gòu)解決了柱上斷路器裝配過(guò)程中的反復(fù)拆卸、固定不牢靠等問(wèn)題，而且柱上斷路器可以通過(guò)一人之力在此工裝底架上完成所有的裝配過(guò)程，具有節(jié)省人力物力、操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、可重復(fù)利用等特點(diǎn)。工裝設(shè)計(jì)由四個(gè)設(shè)計(jì)階段組成：計(jì)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)文件編制。

1傳統(tǒng)定位工裝存在的問(wèn)題

目前工藝裝備的改善并不完善，甚至可以說(shuō)比較落后，已不能適應(yīng)現(xiàn)在高速切削、快速更換、柔性度高、穩(wěn)定性好和無(wú)人干預(yù)等的加工需求。這一階段的改進(jìn)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，只有當(dāng)人員、設(shè)備、工裝協(xié)同發(fā)展以及功效匹配時(shí)，加工方案才是高效、合理的；因此，應(yīng)重點(diǎn)從升級(jí)工裝來(lái)觸發(fā)工藝方案的改進(jìn)，進(jìn)而達(dá)到加工高效、質(zhì)量穩(wěn)定的目的。根據(jù)傳統(tǒng)定位工裝的制作方案、制作工藝可知，其主要存在的問(wèn)題為：（1）傳統(tǒng)支架由鋼筋、鋼管焊接而成，在嫁接樹(shù)脂，其易變型、重復(fù)定位精度低、易損壞、不易保存；（2）定位點(diǎn)完全根據(jù)工序件型面的特點(diǎn)選取，隨機(jī)性大。根據(jù)傳統(tǒng)定位工裝的激光切割工藝流程可知，其主要存在的問(wèn)題為：（1）若使用傳統(tǒng)工裝切割樣件必須準(zhǔn)備基準(zhǔn)樣件，需要數(shù)控加工中心進(jìn)行配合生產(chǎn)，加大了成本的投入；（2）因?yàn)楣に嚵鞒痰南拗疲ㄎ还ぱb的制作成為了減少整個(gè)生產(chǎn)周期的瓶頸。

2工裝的設(shè)計(jì)制作流程

工裝加工工藝作為零件加工中需要重點(diǎn)突破和研究的技術(shù)，有效應(yīng)用工裝常用的加工技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，將加工技術(shù)與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行結(jié)合，完善工件的裝夾、零件的切削等方面，完美解決工裝加工的“變形”問(wèn)題，保證工裝加工質(zhì)量?jī)?yōu)化的同時(shí)，工裝加工的效率也進(jìn)一步提升，從而促進(jìn)工裝加工業(yè)的發(fā)展。

2.1計(jì)劃階段

工裝作為裝配件不可或缺的裝備，其設(shè)計(jì)在輔助設(shè)備研制過(guò)程中占有相當(dāng)重要的地位。如何提高工裝設(shè)計(jì)效率，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，將會(huì)是裝配水平發(fā)展的重要推動(dòng)因素，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究，具有重要意義。當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中重復(fù)性設(shè)計(jì)所占比例遠(yuǎn)大于全新設(shè)計(jì)。這種重復(fù)性工作不僅制約產(chǎn)品研制時(shí)間，浪費(fèi)人力，而且由于設(shè)計(jì)質(zhì)量依賴(lài)于設(shè)計(jì)者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，往往存在較大差異。在計(jì)劃階段首先分析產(chǎn)品功能，將產(chǎn)品的總功能分解為可互換、獨(dú)立的基礎(chǔ)單元模塊，這些模塊具有可交換性、可組合性和重復(fù)利用性，設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際需求，通過(guò)選擇與綜合功能模塊，可設(shè)計(jì)出各種新產(chǎn)品。

2.2方案設(shè)計(jì)階段

首先對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工藝分析，分析工裝工序的加工部位，利用工裝特定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)各工序間專(zhuān)用的工裝。方案設(shè)計(jì)階段即為確定初始的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行工裝設(shè)備的可靠性、實(shí)用性及功能性分析，然后根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的解決方案，并進(jìn)行整理匯總、評(píng)價(jià)歸納，最后選定方案。為方便操作可在工作平臺(tái)上進(jìn)行進(jìn)行裝配。（1）分析工況：根據(jù)機(jī)件特點(diǎn)、工藝要求等，確定工裝功能需求；（2）制定方案，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：搜索典型工裝庫(kù)，尋找適合模塊，若搜尋成功則通過(guò)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)進(jìn)行適應(yīng)性更改；若搜尋失敗，則搜索典型結(jié)構(gòu)庫(kù)，通過(guò)協(xié)調(diào)模塊相互連接關(guān)系、優(yōu)化組合構(gòu)成拔具；當(dāng)模塊數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法滿足要求，進(jìn)行新型設(shè)計(jì)；（3）完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模擬使用過(guò)程。例如：門(mén)立柱制作工藝初析根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙分析，門(mén)立柱制作工藝確定為激光下料、折彎成形、TIG焊接、打磨精整，其中最為關(guān)鍵的工序是焊接。焊接會(huì)影響門(mén)立柱變形，為防止發(fā)生扭曲變形，需要設(shè)計(jì)焊接整形工裝。門(mén)立柱焊接接頭形式是3mm+3mm對(duì)接焊縫，兩種規(guī)格門(mén)立柱焊縫長(zhǎng)度為2000mm左右，焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)未焊透、背面焊瘤、焊穿、焊縫根部余高不一致等缺陷。一方面通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)，另一方面需要設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)撐工裝，保護(hù)門(mén)立柱焊縫熔池，防止焊縫背部被氧化，保證焊縫根部余高一致，從而有效解決門(mén)立柱焊接質(zhì)量問(wèn)題。

2.3技術(shù)設(shè)計(jì)階段

例如：焊接整形工裝設(shè)計(jì)為了保證門(mén)立柱焊接完不扭曲變形，需設(shè)計(jì)一套門(mén)立柱焊接整形工裝，此工裝的結(jié)構(gòu)是由一塊2200mm×600mm×30mm的可升降平臺(tái)，在平臺(tái)之間安裝一塊固定擋板尺寸為2200mm×180mm×30mm，組裝焊接后，需要整體銑加工，保證焊接整形工裝平臺(tái)整體的平面度和垂直度。此工裝加工后，需在上方安裝10個(gè)壓具。當(dāng)門(mén)立柱一側(cè)與固定擋板貼緊后，門(mén)立柱的另一側(cè)貼緊活動(dòng)擋板，用快速夾將其頂緊。此工裝是一個(gè)兩用的整形工裝，左邊用于焊接客室門(mén)立柱，右邊用于焊接司機(jī)室門(mén)立柱。由于其焊裝工藝比較特殊，進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要嚴(yán)格落實(shí)設(shè)計(jì)原則，不僅需要保證設(shè)計(jì)方案合理性以及科學(xué)性，還需要產(chǎn)品焊裝的工藝遵循標(biāo)準(zhǔn)化的流程，將焊裝夾具的設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間縮短，控制設(shè)計(jì)生產(chǎn)的成本。通常情況下，超過(guò)80%標(biāo)準(zhǔn)化夾具能夠重復(fù)的制用，方便進(jìn)行更換與改型，這樣既可以將設(shè)計(jì)人員勞動(dòng)的強(qiáng)度降低，又可以將設(shè)計(jì)的問(wèn)題從根本上解決，提升夾具設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2.4技術(shù)文件編制階段

根據(jù)設(shè)計(jì)理念以及工裝底架的結(jié)構(gòu)，編制出使用說(shuō)明書(shū)等相關(guān)文件；根據(jù)使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，編制注意事項(xiàng)，并敘述解決方案，以方便使用者參考和使用。

3工裝設(shè)計(jì)的重要性

工裝是零件加工的保證，其合理性和先進(jìn)性直接影響零件的加工周期、加工效率和加工質(zhì)量等。通過(guò)從工裝引起的加工方案不合理的幾個(gè)方面進(jìn)行分析，提出了應(yīng)用新型工裝、先進(jìn)工裝的裝夾理念來(lái)改善工藝方案。不僅使得工藝方案優(yōu)化，操作人員從繁瑣的裝夾中解放出來(lái)，而且提高了工裝的通用性、裝夾效率、裝夾精度和可靠性，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了加工成本，同時(shí)也提高了零件的加工質(zhì)量。工裝升級(jí)使得工藝方案的編制不再受限于設(shè)備、夾具和刀庫(kù)等的影響，充分利用了企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備資源，平衡了成本、工藝、質(zhì)量、設(shè)備資源等之間互相牽制的影響。

結(jié)束語(yǔ)

如何辨別設(shè)計(jì)的工裝為好工裝，首先看其是否是操作方便、簡(jiǎn)易可靠且具有實(shí)用性。設(shè)計(jì)一個(gè)好的工裝，首先要滿足其使用過(guò)程中零部件定位的穩(wěn)定牢靠和可操作性，即零部件在使用工裝進(jìn)行的操作過(guò)程時(shí)，工裝要有一定的承載或裝夾能力，并且還要考慮到易損部位可以快速更換，盡量避免復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和昂貴的成本，盡量選用現(xiàn)有條件下可以滿足加工生產(chǎn)的原材料，設(shè)計(jì)方案可以優(yōu)先選用手動(dòng)，當(dāng)試制成功后可向半自動(dòng)、全自動(dòng)方面發(fā)展。

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（作者單位：中國(guó)航發(fā)北京航科發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)科技有限公司）