通用加工工裝結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計*

□ 黃軍軍 □ 王立夫 □ 勾 波 □ 程 浩 □ 桑弘鵬 □ 楊 毅

唐山軌道客車有限責(zé)任公司制造技術(shù)中心 河北唐山 063035

夾具在制造過程中起著重要的作用,夾具的結(jié)構(gòu)、功能直接影響加工產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與成本，制約新產(chǎn)品上市時間。

本公司近年來先后研發(fā)了時速250 km平臺等動車組以及多種類型城軌項目。這些軌道車輛的車頂邊梁、地板焊前件、底架邊梁等長大型材件結(jié)構(gòu)差異較大，斷面型材種類多，工件種類達50多種，這些工件加工部位各不相同，加工定位壓緊的方式也各不相同，針對小批量加工件生產(chǎn)特點，為了提高加工效率，筆者運用基于事例的推理方法［1］，通過對夾具相似性的分析，設(shè)計了一種能適用多種型材斷面的通用工裝，滿足多車型、小批量加工工藝要求。

1 加工件工藝分析及問題提出

軌道車輛的底架邊梁、車頂邊梁、地板焊前件等三大類長大型材長度尺寸在7～24 m不等，每種加工件均是左右對稱結(jié)構(gòu)，加工工藝性相同。因此，考慮設(shè)計一套加工工裝能同時滿足左、右加工件的裝夾，以提高加工效率。圖1為之前用的加工工裝結(jié)構(gòu)。

圖1 某長大型材通用機械加工工裝簡圖（部分）

該工裝安裝在兩條縱梁上且與橫梁垂直，而橫梁則平行布置在機床基礎(chǔ)導(dǎo)軌上，整個工裝安裝多個夾裝單元，并左右對稱布置，根據(jù)不同車型不同型材的加工工藝特點，布置數(shù)量不等的夾裝單元對工件進行裝夾。

上述組合工裝斷面圖主要包含以下幾個特點［2］:（1）復(fù)合夾緊機構(gòu)，由倒L型壓臂構(gòu)成，下端通過鉸接軸件與基礎(chǔ)座連接且設(shè)置有定位銷；（2）壓板式垂直壓緊機構(gòu)，由支架件和水平壓板件組成；（3）側(cè)向夾緊機構(gòu)，采用的是倒L型結(jié)構(gòu)進行側(cè)向夾緊。

從上述工裝結(jié)構(gòu)特點可以看出，該組合式機械加工工裝存在一定不足，主要表現(xiàn)在該工裝基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)橫梁、縱梁的位置和數(shù)量均是根據(jù)型材加工工藝特點進行布局的，因此其結(jié)構(gòu)為固定式，不能根據(jù)不同車型、不同加工件進行適應(yīng)性調(diào)整，因此，該組合式機械加工工裝有待進一步優(yōu)化改進。

2 基于事例的工裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

通過對夾具結(jié)構(gòu)特征和夾具功能分析以及企業(yè)中存在大量相似結(jié)構(gòu)特征的工件事實，在保持原有工裝特點的情況下對工裝結(jié)構(gòu)進行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化改進，提供一種通用性更強的機械加工工裝來滿足上述各項要求，工裝適應(yīng)性得到較大程度的提高，圖2所示為邊頂加工工裝截面圖。

在加工中心的基礎(chǔ)導(dǎo)軌上布置相同的平行可移動式橫梁，橫梁兩側(cè)均帶手動鎖緊裝置，橫梁上方分布4條T型槽，用于在橫梁上安裝工裝基礎(chǔ)座所用。圖2為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計后的工裝結(jié)構(gòu)截面視圖，圖中工裝橫梁上對稱布置兩套工裝以滿足左右件的同時裝夾、找正、加工。下面以邊頂加工工裝進行闡述該工裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進的特點，該工裝結(jié)構(gòu)分為4個部分，分別為可移動式橫梁、垂直壓緊裝置、支撐座組成、側(cè)向調(diào)整裝置。

圖2 邊頂加工工裝截面圖

（1）可移動式橫梁。在加工中心導(dǎo)軌上布置可移動式橫梁，根據(jù)待加工件長度通常采用5～8組即可，橫梁上設(shè)置有T型槽，用于安裝垂直壓緊裝置、支撐座組成等，側(cè)向安裝4個手動鎖緊裝置，用于對橫梁位置的鎖緊。每組橫梁上可安裝左右兩套加工工裝，便于對稱件的裝夾加工。

（2）垂直壓緊裝置。采用一倒L型壓臂及垂直壓緊機構(gòu)，增加了倒L型壓臂連接底座，采用兩排銷孔定位，壓臂長度可根據(jù)工件特點及加工工藝要求自行調(diào)整設(shè)計，在工件上方可墊壓夾墊塊，防止工件上壓夾位置產(chǎn)生壓痕。

（3）支撐座組成。由支撐座和支撐塊組成。支撐座采用鋼板焊接而成，上下表面需精加工，底座長×寬尺寸為：700 mm×140 mm,底座上有雙排6個螺紋孔與橫梁的T型槽通過螺栓固定；支撐座上安裝有定位支撐塊，通過定位銷連接，每個定位塊采用2個定位銷，斜對角布置；定位支撐塊采用聚四氟乙烯材質(zhì)制作，按照待加工工件外形輪廓加工出定位面，側(cè)向加工出一立面，用來工件的側(cè)向定位，定位高度根據(jù)工件外形尺寸特點而定，通常30～50 mm即可。

（4）側(cè)向調(diào)整裝置。在支撐座上安裝側(cè)向鎖緊裝置，將原倒L型結(jié)構(gòu)側(cè)向調(diào)整改為安裝座結(jié)構(gòu)，安裝座與底座采用螺栓連接，上端焊接一帶內(nèi)螺紋圓管，通過調(diào)整螺桿達到對工件側(cè)向的微量調(diào)整；側(cè)向調(diào)整裝置中螺桿側(cè)向壓夾角度可根據(jù)工件特點單獨設(shè)計；側(cè)向調(diào)整裝置只需在工件端部的兩根工裝橫梁支撐座上分別安裝1個即可，即可達到調(diào)整工件裝夾的不平行度要求。

在加工不同車型、不同截面尺寸的加工件時，只需要對支撐座上的定位支撐塊或側(cè)向調(diào)整裝置進行拆裝即可滿足多種車型、不同截面尺寸的長大型材的加工，由于定位支撐塊采用定位銷定位，拆裝方便，較大程度上提高了裝夾效率，節(jié)省了工位，降低了工裝成本。

3 應(yīng)用實例及使用方法

以某型動車組邊頂加工為例來說明本工裝的使用方法。通常該類加工件需要去除端部、型槽及其它加工部位等。因此，工裝橫梁根據(jù)工件長度大致均勻布置即可，以型槽朝上壓夾，將工件吊至工裝上，手動推工件側(cè)面與工裝塊側(cè)向立面密貼，然后預(yù)壓緊垂直壓緊裝置，側(cè)向調(diào)整裝置對工件側(cè)向進行預(yù)緊，測量工件與工作臺的不平行度，調(diào)整側(cè)向裝置對工件側(cè)向進行微調(diào)，然后壓緊垂直壓緊裝置，對工件進行壓緊。然后銑削工件，加工完成后松開側(cè)向調(diào)整裝置、上部壓緊裝置，清除鋁屑吊出工件至存儲區(qū)域。裝夾、加工效果如圖3所示。

圖3 邊頂裝夾、加工效果圖

4 工裝展望

結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的工裝達到模塊化設(shè)計的要求，裝夾單元安裝在可移動的橫梁上，橫梁位置調(diào)整非常靈活，通過更換支撐座上的定位支撐塊，可使裝夾裝置適應(yīng)多種斷面結(jié)構(gòu)的型材加工，同時也可適應(yīng)多種截面的長大組焊件的加工。因此，該工裝結(jié)構(gòu)大大擴展了加工件范圍，對于多種加工件均可靈活改造使用。圖4所示為該工裝結(jié)構(gòu)改造為B型地鐵側(cè)墻組成加工的截面示意圖。

圖4 B型地鐵側(cè)墻組成加工工裝截面圖

B型地鐵側(cè)墻組成采用通長型材組焊而成，長度為19 600 mm，需切割為3種模塊長度的短側(cè)墻，為此整體裝夾布置10組橫梁。從圖4可看出，支撐座、壓緊裝置均不需改變，僅需更換定位支撐塊即可滿足不同型材截面的加工要求，在定位支撐塊上按照工件輪廓加工出定位基準面，側(cè)向加工出1個立面用來側(cè)向定位，取代了側(cè)向定位裝置。工裝結(jié)構(gòu)達到了模塊化設(shè)計，通過對定位支撐塊的改造可以適應(yīng)多種型材件、組焊件的加工，該改進方法可大大降低工裝成本。

本工裝結(jié)構(gòu)簡單，裝夾方便，適用性廣，可大大節(jié)省工位，提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本，提高加工效率，目前已完成多列動車組、地鐵車輛等軌道車輛長大型材、組焊件等加工件的加工，加工效果很好，有較好的應(yīng)用前景。

［1］ 王琪，廖文和，黃翔，等.基于事例的夾具設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報,2003（5）.

［2］ 李秀艷.高速動車組長大型材通用機械加工工裝[J].內(nèi)燃機車,2011（6）.