李 穎，張國龍，柳士強，佟國臣

(中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 063035)

0 引言

結(jié)構(gòu)設(shè)計是工裝設(shè)計的基礎(chǔ)，巧妙的機械結(jié)構(gòu)不僅能降低成本、簡化操作，而且能增強制造的可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。鐵路車輛的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁是一個焊接的箱型結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)中主要采用手工裝配的方式。傳統(tǒng)組裝工藝為方便工件放入和取出組裝胎，采用一側(cè)固定定位、另一側(cè)開放的定位方式。此種定位方式只能保證一側(cè)的組裝精度，另一側(cè)的組裝精度需要通過手工檢測等其他的檢測方式來保證，導(dǎo)致裝配效率低，勞動強度大；并且如果操作者疏忽未對其進行檢查，容易造成錯裝，影響產(chǎn)品質(zhì)量。在汽車制造、航天等領(lǐng)域，多采用檢測系統(tǒng)對裝配過程進行防錯檢測，如徐麗夫等提出的發(fā)動機活塞環(huán)裝配機能夠在發(fā)動機裝配中自動檢測活塞環(huán)的正反面[1]，尹旭悅等提出的動態(tài)手勢識別對亂序操作和延遲操作有較好的防錯效果[2]，李佳林等提出的變速箱生產(chǎn)線物料裝配擰緊防錯系統(tǒng)可對整個擰緊過程進行監(jiān)控[3]，Westerfield G 提出采用增強現(xiàn)實技術(shù)對工件進行追蹤[4]，Dudek-Burlikowska M等提出了過程改進的質(zhì)量方法[5]。上述這些檢測主要是保證制造過程中的工藝順序不出錯，針對是否執(zhí)行了操作進行了檢測，而沒有對來件的實物質(zhì)量及裝配結(jié)果進行檢測；并且由于電器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，前期投入和后期使用維護成本均較高。為了能夠?qū)ΥM裝件準(zhǔn)確定位并對不合格件進行檢測，設(shè)計了基于輪廓防錯的組裝工裝，通過簡單合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，用傳統(tǒng)機械方法，不僅能夠更加準(zhǔn)確的定位，而且有效防止了組裝錯誤的蔓延和產(chǎn)生。

1 側(cè)梁結(jié)構(gòu)及工藝分析

構(gòu)架側(cè)梁主要由上蓋板、下蓋板、兩個形狀相同的立板以及多個用于連接兩個立板的筋板等零件組成，立板與上蓋板、下蓋板相互垂直[6]。生產(chǎn)時，需要先將立板與筋板組裝成框架結(jié)構(gòu)后再組裝上蓋板、下蓋板，為保證各部件尺寸達(dá)到設(shè)計要求，首先要確保兩立板組裝時相互平行且對齊，不允許錯位。生產(chǎn)中采用側(cè)裝的方式，即將立板板面水平放置于組裝胎的水平基準(zhǔn)面上，為保證兩立板對齊，在組裝胎上設(shè)置了三個垂直于水平基準(zhǔn)面的定位檔，兩個設(shè)置在立板上蓋板一側(cè)，另一個設(shè)置在立板一端，用這三個定位檔將兩個立板找正；在與定位檔相對的一側(cè)設(shè)置頂緊裝置，將組裝完成的立板壓緊。這種方式工件的出胎、入胎都很方便，但是對組裝人員的作業(yè)過程要求極多，需要組裝人員沿著立板外形輪廓，用方尺逐一位置的檢測兩立板是否對齊，受人為因素影響較大。為此，設(shè)計制作了防錯的組裝工裝，具有以下優(yōu)點：①固定定位檔、定位器和壓緊裝置的配合使用，完成了對工件的準(zhǔn)確定位，不需要使用方尺逐一檢測，避免了由于疏忽、遺忘造成的人為差錯；②定位器由固定定位部件、活動定位部件以及壓緊部件組成，方便了工件在組裝胎的放入和取出；③各個定位檔的位置按照零件的外形輪廓間隔設(shè)置，能夠?qū)砹系耐庑屋喞M行檢測，防止不合格零件的非預(yù)期使用。

2 工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了提高產(chǎn)品制造的可靠性，有效保證側(cè)梁的產(chǎn)品質(zhì)量，堅持結(jié)構(gòu)簡化的原則[7]，工裝采用了全封閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計，按照工件的外形輪廓，在決定產(chǎn)品外形輪廓的關(guān)鍵位置設(shè)置定位檔，對上一道加工周邊工序的產(chǎn)品質(zhì)量進行檢測的同時，為產(chǎn)品組裝工序進行了準(zhǔn)確的定位，為下一步生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)保證。

2.1 工裝的整體結(jié)構(gòu)

此側(cè)梁組裝工裝如圖1所示，采用模塊化設(shè)計[8]，由四個模塊組成：用于支撐各個部件并提供水平基準(zhǔn)的工作臺；為工件半周提供定位作用的固定定位檔；在另外半周(與固定定位檔相對的一側(cè))提供定位作用的定位器；用于壓緊工件的壓緊裝置。其中，平臺、固定定位檔、壓緊裝置與傳統(tǒng)設(shè)計一致，工裝通過定位器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和靈活使用，解決了工件在全封閉工裝中出胎難的問題，使工裝在準(zhǔn)確定位的同時，實現(xiàn)了防錯功能。

圖1 組裝工裝

2.2 定位器

定位器(如圖2所示)既提供了固定定位，又通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，讓固定定位與工件保持了距離，是工裝的全封閉結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)的關(guān)鍵部件。定位器由固定定位部件、活動定位部以及壓緊部件組成。壓緊部件通過一個連接臂將絲杠固定于固定定位部件上，并通過旋動絲杠將活動定位部件靠近或遠(yuǎn)離固定定位部件。固定定位部件固定安裝于工裝的工作臺面上，與工件外形保持固定距離，并為活動定位部件提供基準(zhǔn)(基準(zhǔn)a1、a2)?；顒佣ㄎ徊考黧w為T型結(jié)構(gòu)，提供3個基準(zhǔn)，其中兩個基準(zhǔn)(基準(zhǔn)b1、b2)在同一平面上，與固定定位部件的基準(zhǔn)a1、a2進行配合；第三個基準(zhǔn)(基準(zhǔn)c)在距基準(zhǔn)b1、b2具有預(yù)定距離的平面內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)壓緊部件的絲杠，與工件接觸或遠(yuǎn)離。固定定位部件的基準(zhǔn)面a1、a2和活動定位部件的面b1、面b2緊密接觸，進行配合時，活動定位部件的基準(zhǔn)面c與固定定位檔的基準(zhǔn)面配合在一起按照立板外形輪廓的理論尺寸構(gòu)成了全封閉結(jié)構(gòu)。

圖2 定位器

3 工裝的使用

3.1 定位與壓緊

首先，旋轉(zhuǎn)定位器壓緊部件的絲杠，將其活動定位部件與固定定位部件分離，這時組裝胎處于開放狀態(tài)，有利于將待組裝的立板順利依次放入組裝胎；然后，將放入組裝胎的立板一側(cè)靠近組裝胎的固定定位檔，使其一側(cè)外輪廓與固定定位檔緊密接觸；這時，反方向旋轉(zhuǎn)定位器壓緊部件的絲杠，使活動定位部件的基準(zhǔn)面b1、b2靠近固定定位部件的基準(zhǔn)面a1、a2，活動定位部件的基準(zhǔn)面c靠近工件另一側(cè)外輪廓，當(dāng)活動定位部件到達(dá)極限位置時，完成兩立板的定位和檢測基準(zhǔn)的設(shè)置。此時，可用壓緊裝置將工件壓緊，隨后可對其關(guān)鍵的外形尺寸進行檢測。工件組裝完成后，旋轉(zhuǎn)定位器壓緊部件的絲杠，再次將其活動定位部件與固定定位部件分離，這時可順利卸下組裝完成的工件。

3.2 防錯功能的實現(xiàn)

根據(jù)定位器所處狀態(tài)，針對不同情況采用不同措施對來料是否合格以及定位是否準(zhǔn)確進行判斷。

(1)若活動定位部件基準(zhǔn)面b1、b2已與固定定位部件基準(zhǔn)面a1、a2緊密接觸，而活動定位部件基準(zhǔn)面c與工件外輪廓仍然存在間隙，說明工件尺寸小于理論正值，可用塞尺檢測活動定位部件基準(zhǔn)面c與工件外形的間隙是否超出下差值來判斷工件是否超下差。

(2)若活動定位部件基準(zhǔn)面c已與工件外形緊密接觸，但活動定位部件基準(zhǔn)面b1、b2仍未與固定定位部件的基準(zhǔn)面a1、a2接觸，這時需要檢查兩個立板的外部輪廓是否均與活動定位部件基準(zhǔn)面c緊密接觸，若已接觸說明工件尺寸大于理論正值，可用塞尺檢測各個活動定位部件基準(zhǔn)面b1、b2與固定定位部件基準(zhǔn)面a1、a2的間隙是否超出上差值來判斷工件是否超上差。若其中一個立板的外部輪廓與活動定位部件基準(zhǔn)面c存在間隙，則需要先通過檢測此間隙，來判斷兩立板的相對位置是否符合組裝定位公差要求，若超出組裝位置公差0.5 mm的尺寸要求，則需要卸下工件，修磨此立板或者選配其他立板；若不超出公差要求，按上述已接觸時的方法檢測工件是否超出上差值。

綜上所述，只有在兩立板尺寸存在差異，并且其中一個立板處于理論值上差時，需要通過工裝來檢測兩立板的尺寸差，以此來判斷兩立板的定位是否準(zhǔn)確，在其他情況下，工裝利用自身結(jié)構(gòu)就能保證定位準(zhǔn)確，從而有效避免了定位不準(zhǔn)導(dǎo)致組裝超差的問題發(fā)生。此工裝通過檢測不同位置的間隙尺寸來判斷工件是否合格，若間隙在公差數(shù)值范圍內(nèi)，則可判定工件合格，繼而進行點固焊(在上述活動定位部件基準(zhǔn)面c與工件外輪廓仍然存在間隙的情況下，可在間隙處楔入調(diào)整墊，使定位更加準(zhǔn)確，壓緊更加牢固)；若間隙超出公差數(shù)值，即可以判定工件超出公差要求，由此判定工件不合格，此時需要將工件不合格的位置標(biāo)出后，卸下工件，這樣有效防止了不合格件的非預(yù)期使用。

4 總結(jié)

準(zhǔn)確定位和有效防錯是保證產(chǎn)品制造穩(wěn)定性的關(guān)鍵，是推進工裝設(shè)計持續(xù)改進的動力。工裝設(shè)計從使用需求出發(fā)，全封閉結(jié)構(gòu)增強了定位的準(zhǔn)確性；用決定工件外形輪廓的關(guān)鍵位置定位提高了不合格品的檢出率，保證了產(chǎn)品制造的可靠性和質(zhì)量的穩(wěn)定性，起到了有效防錯的效果；定位器通過簡單巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使固定定位具備了“可移動”的功能，工件能夠無障礙放入和取出組裝胎，簡單便捷實用。

此外，值得一提的是，在工裝設(shè)計中，很多情況因工件定位形成了封閉結(jié)構(gòu)導(dǎo)致出胎困難而放棄了基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，導(dǎo)致累積誤差增加，而靈活使用本文中介紹的定位器能夠有效解決這一問題。