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(shè)計(jì)方式無法滿足結(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

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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)的過程。文章通過反復(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(fù)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(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(yīng)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(yù)等的加工需求。這一階段的改進(jìn)是一個(gè)長期的過程，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)從升級工裝來觸發(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(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?，定位工裝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”問題，保證工裝加工質(zhì)量優(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)量依賴于設(shè)計(jì)者的知識和經(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、評價(jià)歸納，最后選定方案。為方便操作可在工作平臺上進(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，尋找適合模塊，若搜尋成功則通過參數(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，通過協(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)庫無法滿足要求，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、模擬使用過程。例如：門立柱制作工藝初析根據(jù)設(shè)計(jì)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(guān)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)撐工裝，保護(hù)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(shù)設(shè)計(jì)階段

例如：焊接整形工裝設(shè)計(jì)為了保證門立柱焊接完不扭曲變形，需設(shè)計(jì)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(gè)壓具。當(dāng)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(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立柱，右邊用于焊接司機(jī)室門立柱。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)，編制出使用說明書等相關(guān)文件；根據(jù)使用過程中可能出現(xiàn)的問題，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(shí)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(shè)備、夾具和刀庫等的影響，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

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