工裝的設計制作探討

王兆起

摘要：隨著世界的發(fā)展，市場競爭越來越激烈，對產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求越來越高，傳統(tǒng)工藝工裝串行的設計方式無法滿足結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)周期短，精度高的產(chǎn)品設計需求，提高工裝的設計制作是縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。

關鍵詞：工裝；設計；制作探討

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A

引言

工裝設計僅僅是機械設計中的一小部分，其設計過程同機械設計一樣，都是一個不斷探究、不斷優(yōu)化、不斷改進，最終達到理想目標的過程。文章通過反復探究、反復優(yōu)化、反復改進的形式敘述了柱上斷路器使用的工裝底架的設計過程，文章論述的此種結(jié)構(gòu)解決了柱上斷路器裝配過程中的反復拆卸、固定不牢靠等問題，而且柱上斷路器可以通過一人之力在此工裝底架上完成所有的裝配過程，具有節(jié)省人力物力、操作簡便、經(jīng)濟實惠、可重復利用等特點。工裝設計由四個設計階段組成：計劃、方案設計、技術設計和技術文件編制。

1傳統(tǒng)定位工裝存在的問題

目前工藝裝備的改善并不完善，甚至可以說比較落后，已不能適應現(xiàn)在高速切削、快速更換、柔性度高、穩(wěn)定性好和無人干預等的加工需求。這一階段的改進是一個長期的過程，只有當人員、設備、工裝協(xié)同發(fā)展以及功效匹配時，加工方案才是高效、合理的；因此，應重點從升級工裝來觸發(fā)工藝方案的改進，進而達到加工高效、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，其主要存在的問題為：（1）傳統(tǒng)支架由鋼筋、鋼管焊接而成，在嫁接樹脂，其易變型、重復定位精度低、易損壞、不易保存；（2）定位點完全根據(jù)工序件型面的特點選取，隨機性大。根據(jù)傳統(tǒng)定位工裝的激光切割工藝流程可知，其主要存在的問題為：（1）若使用傳統(tǒng)工裝切割樣件必須準備基準樣件，需要數(shù)控加工中心進行配合生產(chǎn)，加大了成本的投入；（2）因為工藝流程的限制，定位工裝的制作成為了減少整個生產(chǎn)周期的瓶頸。

2工裝的設計制作流程

工裝加工工藝作為零件加工中需要重點突破和研究的技術，有效應用工裝常用的加工技術進行調(diào)研，將加工技術與數(shù)控機床進行結(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”問題，保證工裝加工質(zhì)量優(yōu)化的同時，工裝加工的效率也進一步提升，從而促進工裝加工業(yè)的發(fā)展。

2.1計劃階段

工裝作為裝配件不可或缺的裝備，其設計在輔助設備研制過程中占有相當重要的地位。如何提高工裝設計效率，提高設計質(zhì)量，將會是裝配水平發(fā)展的重要推動因素，進行相關技術研究，具有重要意義。當前發(fā)動機工裝設計過程中重復性設計所占比例遠大于全新設計。這種重復性工作不僅制約產(chǎn)品研制時間，浪費人力，而且由于設計質(zhì)量依賴于設計者的知識和經(jīng)驗，往往存在較大差異。在計劃階段首先分析產(chǎn)品功能，將產(chǎn)品的總功能分解為可互換、獨立的基礎單元模塊，這些模塊具有可交換性、可組合性和重復利用性，設計者根據(jù)實際需求，通過選擇與綜合功能模塊，可設計出各種新產(chǎn)品。

2.2方案設計階段

首先對設計圖紙進行工藝分析，分析工裝工序的加工部位，利用工裝特定結(jié)構(gòu)，設計各工序間專用的工裝。方案設計階段即為確定初始的設計方案，并進行工裝設備的可靠性、實用性及功能性分析，然后根據(jù)分析結(jié)果提出相應的解決方案，并進行整理匯總、評價歸納，最后選定方案。為方便操作可在工作平臺上進行進行裝配。（1）分析工況：根據(jù)機件特點、工藝要求等，確定工裝功能需求；（2）制定方案，結(jié)構(gòu)設計：搜索典型工裝庫，尋找適合模塊，若搜尋成功則通過參數(shù)化驅(qū)動進行適應性更改；若搜尋失敗，則搜索典型結(jié)構(gòu)庫，通過協(xié)調(diào)模塊相互連接關系、優(yōu)化組合構(gòu)成拔具；當模塊數(shù)據(jù)庫無法滿足要求，進行新型設計；（3）完成結(jié)構(gòu)設計，檢驗結(jié)構(gòu)強度、模擬使用過程。例如：門立柱制作工藝初析根據(jù)設計圖紙分析，門立柱制作工藝確定為激光下料、折彎成形、TIG焊接、打磨精整，其中最為關鍵的工序是焊接。焊接會影響門立柱變形，為防止發(fā)生扭曲變形，需要設計焊接整形工裝。門立柱焊接接頭形式是3mm+3mm對接焊縫，兩種規(guī)格門立柱焊縫長度為2000mm左右，焊接過程中容易出現(xiàn)未焊透、背面焊瘤、焊穿、焊縫根部余高不一致等缺陷。一方面通過調(diào)整焊接參數(shù)，另一方面需要設計一個內(nèi)撐工裝，保護門立柱焊縫熔池，防止焊縫背部被氧化，保證焊縫根部余高一致，從而有效解決門立柱焊接質(zhì)量問題。

2.3技術設計階段

例如：焊接整形工裝設計為了保證門立柱焊接完不扭曲變形，需設計一套門立柱焊接整形工裝，此工裝的結(jié)構(gòu)是由一塊2200mm×600mm×30mm的可升降平臺，在平臺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整體的平面度和垂直度。此工裝加工后，需在上方安裝10個壓具。當門立柱一側(cè)與固定擋板貼緊后，門立柱的另一側(cè)貼緊活動擋板，用快速夾將其頂緊。此工裝是一個兩用的整形工裝，左邊用于焊接客室門立柱，右邊用于焊接司機室門立柱。由于其焊裝工藝比較特殊，進行設計的時候，需要嚴格落實設計原則，不僅需要保證設計方案合理性以及科學性，還需要產(chǎn)品焊裝的工藝遵循標準化的流程，將焊裝夾具的設計生產(chǎn)時間縮短，控制設計生產(chǎn)的成本。通常情況下，超過80%標準化夾具能夠重復的制用，方便進行更換與改型，這樣既可以將設計人員勞動的強度降低，又可以將設計的問題從根本上解決，提升夾具設計的質(zhì)量。

2.4技術文件編制階段

根據(jù)設計理念以及工裝底架的結(jié)構(gòu)，編制出使用說明書等相關文件；根據(jù)使用過程中可能出現(xiàn)的問題，編制注意事項，并敘述解決方案，以方便使用者參考和使用。

3工裝設計的重要性

工裝是零件加工的保證，其合理性和先進性直接影響零件的加工周期、加工效率和加工質(zhì)量等。通過從工裝引起的加工方案不合理的幾個方面進行分析，提出了應用新型工裝、先進工裝的裝夾理念來改善工藝方案。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，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，同時也提高了零件的加工質(zhì)量。工裝升級使得工藝方案的編制不再受限于設備、夾具和刀庫等的影響，充分利用了企業(yè)現(xiàn)有的設備資源，平衡了成本、工藝、質(zhì)量、設備資源等之間互相牽制的影響。

結(jié)束語

如何辨別設計的工裝為好工裝，首先看其是否是操作方便、簡易可靠且具有實用性。設計一個好的工裝，首先要滿足其使用過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行的操作過程時，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，設計方案可以優(yōu)先選用手動，當試制成功后可向半自動、全自動方面發(fā)展。

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（作者單位：中國航發(fā)北京航科發(fā)動機控制系統(tǒng)科技有限公司）