垃圾压缩机料斗组焊工装设计

王 虎,屈小平,文建峰

(1.长沙普惠环保机械有限公司,湖南 长沙 410205;2.湖南红太阳光电科技有限公司,湖南 长沙 410205)

0 引言

现代机械装备制造离不开先进的制造工艺,机械结构制造中少不了焊接工艺,为提高焊接效率和保证焊接质量,将铆焊过程分解为铆接和焊接两个工序过程。目前铆接过程中一般都是反复手工测量调整,并点焊固定,这一过程通常会花费较多的时间,非常影响铆焊工的工作效率,而且还经常出现人为失误或测量误差,严重影响焊接成品质量。

针对上述情况,为了帮助铆焊工人不用再反复测量调整尺寸即可快速准确完成铆焊的拼接定位,需要以现有设计图纸为基础,设计一套特定的铆焊定位工装,以实现产品批量生产的定位夹紧、成型。工装的实施对象是公司一种垃圾压缩机的垃圾收料斗,文中简称料斗。

1 垃圾压缩机料斗的结构组成

该垃圾压缩机料斗主要由料斗侧板、钢管、上部圆弧筋板、背部骨架、中部主筋、下部圆弧筋板、中部横筋、圆弧筋条、料斗耳板等部分组焊而成,具体结构如图1所示。

图1 某垃圾压缩机料斗图

2 设计要求

料斗的圆弧板与料斗的口边有高度要求,料斗的圆弧底部切线要求与口边水平板面要平行,且保证尺寸为590 mm。

料斗内部直线段切线要与钢管相切。

两组耳板上共有两组φ30孔,两组孔有同轴度要求,且孔位间距尺寸有公差要求,两组孔跨度尺寸为1380 mm。

3 工装设计方案

3.1 确定设计要素

3.1.1 定位基准面的确定[1]

图2 上下高度基准

根据6点定位原理及定位基准尽量与设计基准相重合的原则,初步确定以下定位基准面:

(1)φ50内孔或φ89外圆;

(2)料斗宽度方形两侧侧板;

(3)590 mm尺寸上平面;

(4)内圆弧面。

图3 内弧度基准 图4 左右宽度基准

φ50孔及其外端面根据工艺要求为一根整体管,铆焊之前车削到位。所有尺寸不留焊后加工余量。根据垃圾料斗左右对称,及料斗口边与φ50整体管的轴线平行,保证轴线与料斗口边的相对高差的特征,组焊时其开口部分必须朝下,工装应左右对称。

上述图片分别是料斗口部朝下的上下高度基准、内弧度基准、左右宽度基准。

3.1.2 垃圾料斗各个安装组件的定位

(1)料斗铰接管定位

①设计了三个V型板(与内圆弧定位板同零件);

②铰接管端面设计工艺轴座,穿工艺轴将其固定(图5)。

图5 铰接管固定座

(2)料斗内圆弧板的定位

①内弧度倚靠图3内弧度基准板靠紧,并紧贴铰接管铆焊;

②圆弧板要紧贴圆弧内弧支撑板弧度,需要设计一组圆弧压紧架组件(图6)。

图6 圆弧压紧架组件

(3)左右宽度外侧板定位

①单个侧板以外表面和下侧面为定位基准,便于料斗成形后卸装。每一侧设计2个高度相同的定位板,相隔一定距离摆放,侧板圆弧缺口紧靠料斗铰接管定位(图4)。

②侧板与内弧板贴紧定位依靠工装支架,侧边的支架螺钉调整压紧(图2)。

3.2 以垃圾压缩机及其料斗模型为基础的工装设计

3.2.1 设计过程

本方案用Solidworks软件进行设计,具体通过Solidworks软件封套功能开展工装定位座的相关设计步骤如下。

(1)开启Solidworks应用程序。

(2)新建一装配体文件。

(3)插入料斗模型(点击料斗模型属性,将模型属性调整为“封套”)。

“封套”具有两个主要功能:可以将封套用作参考组件和选择工具。在检查其质量和出BOM表时,SW不会把其计算在内,出工程图的时候也会自动被隐藏。

图7 模型封套属性作为基准参考

(4)剖分工装定位基准,如铰接管圆心、料斗圆弧板弧度、料斗绕铰接管旋转半径以及料斗口边距铰接管的高度差,全部是以料斗模型作为影子(封套功能作为基准参考),如图7。

(5)设计工装支撑架、铰接管、料斗口边、圆弧板弧度,侧板的依次定位设计。

3.2.2 料斗口边双向夹紧机构的设计

①本文仅对料斗口边处平面定位板的夹紧定位装置做一介绍。因为该零件的定位尺寸决定了整个垃圾压缩机在工作过程中与机械运动部件和土建施工尺寸的配合[2]。

②由于圆弧板卷圆后,板内存在内应力,所以在铆焊定位焊过程中,需要将料斗圆弧板用圆弧压紧架压紧并紧贴工装架上的圆弧定位板(图6)。圆弧压紧架起到了弧板上下定位约束的作用。但前后定位还需要夹紧装置,为考虑既能够使圆弧板前后夹紧,又能够将料口边处平板贴紧工装基准面,设计两组“双向夹紧机构”。

图8 双向夹紧机构

③双向夹紧机构由夹紧固定座固定,设置3组双向杠杆,双向杠杆的取力点设置为同一处[3],共用一处螺杆旋转取力。如图8所示,当螺杆夹紧时,下面的小旋转杠杆得料口边处平板与工装架挡板基准边贴紧(并压紧圆弧板前后方向),使料口边处平板与工装架水平面基准贴紧。

4 设计效果

该工装整体设计效果如图9所示。该工装设计、制造完成后,已投入生产中使用。产品经检验,其对称度公差和同轴度公差控制在产品加工要求的范围内,对角线误差也达到设计要求,验证该设计方案切实可行。料斗制作完成后整机的实物图如图10所示。

图9 整体设计效果 图10 装配后实物

5 结论

本文垃圾压缩机料斗组焊工装设计,基于总体设计要求,分析确定设计要素,引入了适合工装设计的工具软件Solidworks封套功能,完成料斗口边双向夹紧机构的工装设计,并经过制造、检验验证,该设计方案可将对称度公差和同轴度公差控制在产品加工要求的范围内,同时保证对角线误差也满足设计需求,对于提高工效、缩短工装设计过程和保证设计可靠性有着重要的作用,方案切实可行。