工装的设计制作探讨

王兆起

摘要：随着世界的发展，市场竞争越来越激烈，对产品更新换代的要求越来越高，传统工艺工装串行的设计方式无法满足结构复杂，生产周期短，精度高的产品设计需求，提高工装的设计制作是缩短产品研发周期，提高产品质量的有效手段。

关键词：工装；设计；制作探讨

中图分类号：TH122 文献标识码：A

引言

工装设计仅仅是机械设计中的一小部分，其设计过程同机械设计一样，都是一个不断探究、不断优化、不断改进，最终达到理想目标的过程。文章通过反复探究、反复优化、反复改进的形式叙述了柱上断路器使用的工装底架的设计过程，文章论述的此种结构解决了柱上断路器装配过程中的反复拆卸、固定不牢靠等问题，而且柱上断路器可以通过一人之力在此工装底架上完成所有的装配过程，具有节省人力物力、操作简便、经济实惠、可重复利用等特点。工装设计由四个设计阶段组成：计划、方案设计、技术设计和技术文件编制。

1传统定位工装存在的问题

目前工艺装备的改善并不完善，甚至可以说比较落后，已不能适应现在高速切削、快速更换、柔性度高、稳定性好和无人干预等的加工需求。这一阶段的改进是一个长期的过程，只有当人员、设备、工装协同发展以及功效匹配时，加工方案才是高效、合理的；因此，应重点从升级工装来触发工艺方案的改进，进而达到加工高效、质量稳定的目的。根据传统定位工装的制作方案、制作工艺可知，其主要存在的问题为：（1）传统支架由钢筋、钢管焊接而成，在嫁接树脂，其易变型、重复定位精度低、易损坏、不易保存；（2）定位点完全根据工序件型面的特点选取，随机性大。根据传统定位工装的激光切割工艺流程可知，其主要存在的问题为：（1）若使用传统工装切割样件必须准备基准样件，需要数控加工中心进行配合生产，加大了成本的投入；（2）因为工艺流程的限制，定位工装的制作成为了减少整个生产周期的瓶颈。

2工装的设计制作流程

工装加工工艺作为零件加工中需要重点突破和研究的技术，有效应用工装常用的加工技术进行调研，将加工技术与数控机床进行结合，完善工件的装夹、零件的切削等方面，完美解决工装加工的“变形”问题，保证工装加工质量优化的同时，工装加工的效率也进一步提升，从而促进工装加工业的发展。

2.1计划阶段

工装作为装配件不可或缺的装备，其设计在辅助设备研制过程中占有相当重要的地位。如何提高工装设计效率，提高设计质量，将会是装配水平发展的重要推动因素，进行相关技术研究，具有重要意义。当前发动机工装设计过程中重复性设计所占比例远大于全新设计。这种重复性工作不仅制约产品研制时间，浪费人力，而且由于设计质量依赖于设计者的知识和经验，往往存在较大差异。在计划阶段首先分析产品功能，将产品的总功能分解为可互换、独立的基础单元模块，这些模块具有可交换性、可组合性和重复利用性，设计者根据实际需求，通过选择与综合功能模块，可设计出各种新产品。

2.2方案设计阶段

首先对设计图纸进行工艺分析，分析工装工序的加工部位，利用工装特定结构，设计各工序间专用的工装。方案设计阶段即为确定初始的设计方案，并进行工装设备的可靠性、实用性及功能性分析，然后根据分析结果提出相应的解决方案，并进行整理汇总、评价归纳，最后选定方案。为方便操作可在工作平台上进行进行装配。（1）分析工况：根据机件特点、工艺要求等，确定工装功能需求；（2）制定方案，结构设计：搜索典型工装库，寻找适合模块，若搜寻成功则通过参数化驱动进行适应性更改；若搜寻失败，则搜索典型结构库，通过协调模块相互连接关系、优化组合构成拔具；当模块数据库无法满足要求，进行新型设计；（3）完成结构设计，检验结构强度、模拟使用过程。例如：门立柱制作工艺初析根据设计图纸分析，门立柱制作工艺确定为激光下料、折弯成形、TIG焊接、打磨精整，其中最为关键的工序是焊接。焊接会影响门立柱变形，为防止发生扭曲变形，需要设计焊接整形工装。门立柱焊接接头形式是3mm+3mm对接焊缝，两种规格门立柱焊缝长度为2000mm左右，焊接过程中容易出现未焊透、背面焊瘤、焊穿、焊缝根部余高不一致等缺陷。一方面通过调整焊接参数，另一方面需要设计一个内撑工装，保护门立柱焊缝熔池，防止焊缝背部被氧化，保证焊缝根部余高一致，从而有效解决门立柱焊接质量问题。

2.3技术设计阶段

例如：焊接整形工装设计为了保证门立柱焊接完不扭曲变形，需设计一套门立柱焊接整形工装，此工装的结构是由一块2200mm×600mm×30mm的可升降平台，在平台之间安装一块固定挡板尺寸为2200mm×180mm×30mm，组装焊接后，需要整体铣加工，保证焊接整形工装平台整体的平面度和垂直度。此工装加工后，需在上方安装10个压具。当门立柱一侧与固定挡板贴紧后，门立柱的另一侧贴紧活动挡板，用快速夹将其顶紧。此工装是一个两用的整形工装，左边用于焊接客室门立柱，右边用于焊接司机室门立柱。由于其焊装工艺比较特殊，进行设计的时候，需要严格落实设计原则，不仅需要保证设计方案合理性以及科学性，还需要产品焊装的工艺遵循标准化的流程，将焊装夹具的设计生产时间缩短，控制设计生产的成本。通常情况下，超过80%标准化夹具能够重复的制用，方便进行更换与改型，这样既可以将设计人员劳动的强度降低，又可以将设计的问题从根本上解决，提升夹具设计的质量。

2.4技术文件编制阶段

根据设计理念以及工装底架的结构，编制出使用说明书等相关文件；根据使用过程中可能出现的问题，编制注意事项，并叙述解决方案，以方便使用者参考和使用。

3工装设计的重要性

工装是零件加工的保证，其合理性和先进性直接影响零件的加工周期、加工效率和加工质量等。通过从工装引起的加工方案不合理的几个方面进行分析，提出了应用新型工装、先进工装的装夹理念来改善工艺方案。不仅使得工艺方案优化，操作人员从繁琐的装夹中解放出来，而且提高了工装的通用性、装夹效率、装夹精度和可靠性，大大提高了生产效率，节省了加工成本，同时也提高了零件的加工质量。工装升级使得工艺方案的编制不再受限于设备、夹具和刀库等的影响，充分利用了企业现有的设备资源，平衡了成本、工艺、质量、设备资源等之间互相牵制的影响。

结束语

如何辨别设计的工装为好工装，首先看其是否是操作方便、简易可靠且具有实用性。设计一个好的工装，首先要满足其使用过程中零部件定位的稳定牢靠和可操作性，即零部件在使用工装进行的操作过程时，工装要有一定的承载或装夹能力，并且还要考虑到易损部位可以快速更换，尽量避免复杂的结构和昂贵的成本，尽量选用现有条件下可以满足加工生产的原材料，设计方案可以优先选用手动，当试制成功后可向半自动、全自动方面发展。

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（作者单位：中国航发北京航科发动机控制系统科技有限公司）