通用可调偏心工装的设计

张春景 王永东

1.中国石油渤海装备兰州石油化工装备分公司 甘肃兰州 730060

2.甘肃省炼化特种装备工程技术研究中心 甘肃兰州 730060

1 序言

某厂某类零件加工时需要使用图1所示的偏心工装，由于该类零件的规格多，尺寸跨度大，每种规格的零件对应的D1、D0、h、e均不同，针对每个零件都必须设计相应的偏心工装，所以工装通用性差。

图1 偏心工装

另外，随着生产的进行，产品规格的增多，工装累计数量越来越多，增加了工装储存成本。为响应降本增效的质量管理理念，降低工装的加工成本，缩短产品生产周期，需要改变工装设计思路，以提高工装的通用性。

2 原偏心工装

2.1 原工装设计原理及加工

偏心工装的底面外圆D2与定位止口D1的纵向中心线偏心为e，横向中心线平行。工装设计时，根据固有胎具设计配合尺寸D2（H7），针对零件不同的规格、尺寸，计算出相应的定位止口D1、内孔D0、定位高度h和偏心e，设计制作相应的偏心工装。当h＞60mm时，由于备料的限制，所以需设计图2所示的焊接组合工装。

图2 焊接组合工装

偏心工装加工工艺：①精车上下两平面及外圆D2，粗车定位止口D1。②以外圆D2及下平面为基准找正，数控铣削定位止口D1，保证定位止口平面与底平面的平行度。

2.2 使用方法

如图3所示，将偏心工装的外圆部分与固有大型胎具组装，其中心线与固有胎具中心线对齐，紧固。然后将待加工零件组装于偏心工装止口处，工装中心线与零件中心线对齐，将工装零件紧固后加工。

图3 工装组装

2.3 原工装的局限性

由于零件规格不同，其配套的偏心工装的D1、D0、h、e各不相同。为使生产顺利进行，需根据零件设计图样，提前设计制作工装，但在实际加工中，零件毛坯有时存在较大的尺寸偏差，需要借量，造成已制作的工装不能满足使用要求，常常临时返修；而且偏心工装的加工时间长，成本高，铣削偏心止口时需要占用高精度铣床，严重制约生产进度。

根据某厂的成本统计数据，每个偏心垫板（不计工装材料成本和返修工时）车削耗用2个台班，数控铣削耗用2个台班。普通立式车床台班费为700元/台班，数控铣床台班费为2800元/台班，则每个偏心垫板的加工费用为700×2＋2800×2＝7000（元）。

针对上述情况，迫切需要改变工装设计思路，提高工装的通用性。

3 新工装设计及应用

3.1 新工装的设计思路

通过上述对原有偏心工装的分析，发现各工装的不同之处在于定位止口大小、定位高度和定位止口D1与外圆D2的纵向中心线偏心量。偏心工装使用时，定位止口的作用是调整零件与固有胎具中心的相对位置，由于定位止口位于斜面上，起定位作用的主要是定位止口的低端，可以设计一种新的可调偏心工装，使定位止口与固有胎具的相对位置可以随意调整，保证其在固有胎具斜面低端的定位强度，以提高工装的通用性，减少工装的制作成本。

结合上述设计理念，我们利用3点定圆的原理，将待加工零件与固有胎具的定位由定位止口的圆周面定位改为3个限位销定位的方式。通过改变限位销的位置，实现偏心工装定位止口大小D1和偏心值e的随意调整。

统计各规格的某类零件，考虑到后续产品设计的可能规格，计算其定位高度h，确定了h的变化范围为20～190mm。根据该数值范围，需要设计活动垫块，要求该活动垫块能够满足所用规格零件加工所需的定位高度，同时，因为定位高度达到190mm，限位销起限位作用的受力点位置高，作用力矩大，导致限位销刚性差，所以该垫块还应起到增强限位销刚性的作用。

3.2 新工装的加工

根据以上设计思路，设计了图4所示的组合通用可调偏心工装。其由通用垫板、活动垫块、限位销和T形螺栓4部分组成，主要组成件加工要点如下所述。

图4 组合通用可调偏心工装

通用垫板：车削一个刚性足够的通用垫板，保证垫板上、下平面的平面度和平行度，车削与固有胎具配合的外圆；以下平面和外圆为基准，数控铣削限位槽的滑动工作面，同时加工出测量基准面，保证测量基准面和限位槽滑动工作面的形状和位置精度。

活动垫块：该垫块共5件，其中3件中心有通孔，用活动垫块的上、下平面代替原偏心垫板的定位平面，将5件同时磨削至设计尺寸，以保证定位面的平面度。

限位销：限位销外圆为大小头，保证限位销大头端与小头端的同轴度，其下部小头端与通用垫板的限位槽配合，上部大头端与零件的外圆面配合，保证限位销与活动垫块组装后，其底端与通用垫板有1.5～2.0mm的距离，确保限位销压紧时不会出现干涉。

3.3 新工装的使用

新工装工作原理：根据零件的实际外圆尺寸、活动垫块高度h和限位销的外圆尺寸，计算出相应的偏心量e、限位销与通用垫板测量基准面的距离l1和l2，通过改变限位销在限位槽处的位置，间接保证定位止口D1和偏心量e。

工艺尺寸l1和l2的计算：以图中所示数据为例，零件直径D，工装基准面中心距垫板中心线L，限位销半径R，限位销中心到垫板中心距d，则l1＝L－[（D/2＋R）2－d2]0.5－R－e，l2＝L－D/2－2R。

新工装使用方法：先将通用垫板中心线与固有胎具中心线对正、固定（此位置固定后不再变动，长期使用），清除限位销、活动垫块及通用垫板限位槽滑动面和定位面的异物，将限位销穿入活动垫块，其小头端放置于限位槽中，根据计算出的l1和l2值，调整限位销，用游标卡尺测量限位销与测量基准面的距离l1，调整好限位销，紧固，然后复测l1，保证两处l1相差不超过0.02mm。按零件外圆尺寸放置好其余活动垫块，将限位销3与活动垫块组装后，放于滑动槽中，保证l2值小于计算尺寸2mm，以方便零件吊入。将零件放置在通用垫板上，用铜棒轻敲零件，零件外圆与限位销1、限位销2贴紧，用塞尺检查，间隙不超过0.02mm，然后调整限位销3，保证l2值。

3.4 新工装优点

（1）简化工装设计，减少生产准备时间 用限位销取代了偏心止口，对每个零件，只需根据零件实际加工尺寸调节限位销与基准面的距离，达到改变定位止口尺寸和偏心值的目的，无需新制作工装。原偏心垫板设计时要考虑材料库存，保证定位高度，以避免加工过程中出现干涉；新工装考虑到所有规格另加所需的定位高度，用统一高度的活动垫块解决了上述问题，加快了工装设计和工装准备的进度。

（2）提高工装的定位精度 原偏心工装定位止口配合公差为0.3～0.4mm，新工装通过精确测量和合理的装配顺序，能保证零件与工装的间隙在0.05mm以内。

（3）提高操作的安全性 每次使用时，只需调整限位销和活动垫块的位置即可，减少了大件吊装，提高了操作的安全性。

（4）降低工装制作成本 该组合工装通用性强，满足了600～1950mm外圆的所有规格零件的加工。

4 结束语

该组合工装根据零件实测尺寸计算，通过测量l1和l2，现场调整限位销位置，实现零件的精确定位，避免了零件加工过程中的误差影响，精度更高。其通用性强，能实现任意规格的定位止口，显著地降低了工装费用。其设计理念为其他圆形零件的工装设计提供了借鉴。