淺析工藝裝備設(shè)計中遵循的原則

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國各領(lǐng)域?qū)τ诠に囇b備的設(shè)計要求也愈發(fā)變高。在航空技術(shù)中，工藝裝備的設(shè)計技術(shù)的發(fā)展是航空技術(shù)進(jìn)步的最好體現(xiàn)，提高航空的質(zhì)量和技術(shù)水平，相關(guān)工藝裝備設(shè)計水平的進(jìn)步十分重要。在航空工藝裝備設(shè)計時要遵循工藝裝備設(shè)計的基本原則。航空工藝裝備是工藝裝備設(shè)計中對于輔助器具的稱呼，在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時遵循原則能夠有效地提高工藝裝備質(zhì)量。本文針對航空工藝裝備設(shè)計的原則進(jìn)行了相關(guān)的探討。

關(guān)鍵詞：航空工藝裝備;設(shè)計;原則

一、前言

在航空制造業(yè)中，新的產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)時都需要根據(jù)情況進(jìn)行設(shè)計和制造大量的工藝裝備，借此來保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。在航空制造中因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展，零件多，加工困難，需要經(jīng)常性的更新新產(chǎn)品，因此對于工藝裝備的要求極大。航空工藝裝備的質(zhì)量會影響相關(guān)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)出的航空工藝裝備的質(zhì)量是否合格這都跟航空工藝裝備設(shè)計息息相關(guān)。在航空工藝裝備的設(shè)計中嚴(yán)格遵循原則問題，可以避免航空工藝裝備在設(shè)計中出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的后續(xù)一連串問題的發(fā)生，同時也能提高工作人員的工作效率，保證相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。

航空工藝裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用跟普通的機(jī)械裝備相比完全不同，最重要的問題就是協(xié)調(diào)互換的保證[1]。在以前的航空工藝裝備設(shè)計中，都是通過利用一整天的工藝裝備來保證協(xié)調(diào)互換問題。因此在航空工藝裝備設(shè)計中，除了要遵循工藝裝備設(shè)計原則外，還要保證協(xié)調(diào)互換的原理，如圖1所示。

二、航空工藝裝備的背景

在傳統(tǒng)的航空制造中，除了使用機(jī)床、工具和試驗(yàn)裝備外，還要針對不同的零部件，進(jìn)行專門的航空工藝裝備制造，比如說夾具、模具、量具等，這些東西統(tǒng)稱為航空工藝裝備。在航空工藝裝備中，可以分為標(biāo)準(zhǔn)工藝裝備和生產(chǎn)工藝裝備，生產(chǎn)工藝裝備直接會應(yīng)用到裝備中，而標(biāo)準(zhǔn)工藝裝備則是主要用于零部件的生產(chǎn)制造中。

工藝裝備在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中具有重要的地位，對于航空產(chǎn)品的制造來說是重要的內(nèi)容之一，會直接影響航空產(chǎn)品的可靠性和使用壽命等問題，同時也是航空產(chǎn)品綜合技術(shù)水平提高的重要表現(xiàn)。

傳統(tǒng)的工藝裝備設(shè)計在我國已經(jīng)有很長的歷史，建立了完善的理論知識。在工藝裝備設(shè)計中主要分為設(shè)計前的準(zhǔn)備、草圖設(shè)計和方案、繪制工作圖和繪制零件圖四個部分。參與設(shè)計的人員結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計過程中增加工藝裝備的強(qiáng)度和剛度，保證工藝裝備的質(zhì)量。

三、航空工藝裝備的主要內(nèi)容

（一）產(chǎn)品的技術(shù)要求和工藝方案

在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時，通常要求有樣式和技術(shù)，產(chǎn)品的樣式是進(jìn)行工藝裝備設(shè)計的基礎(chǔ)，只有得到樣式后才能根據(jù)樣式進(jìn)行相應(yīng)的工藝裝備設(shè)計。在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時，參與工作的設(shè)計人員必須要具有相應(yīng)的專業(yè)素質(zhì)和知識，并且在進(jìn)行設(shè)計的過程中對于技術(shù)的要求也十分高。在工藝裝備的設(shè)計過程中，大多數(shù)的零件都需要把樣式詳細(xì)準(zhǔn)確的標(biāo)注在圖紙上，特殊的需求還需要進(jìn)行額外的批注。

通常來說，工藝裝備的樣式只要能夠展示出零件的要求和大致模型即可。同時工藝裝備的圖紙不需要一次性設(shè)計完成，需要在設(shè)計的過程中設(shè)計人員對其進(jìn)行不斷的整改。如果是性能的技術(shù)或裝備，在設(shè)計的過程中不僅需要不斷地對其進(jìn)行整改完善，還需要進(jìn)行預(yù)測評估，是否能夠投入使用[2]。

（二）航空工藝裝備的生產(chǎn)條件

企業(yè)的車間數(shù)量、工作人員數(shù)量和技術(shù)水平、生產(chǎn)設(shè)備等都是展示一個企業(yè)生產(chǎn)條件的重要表現(xiàn)。生產(chǎn)綱領(lǐng)是根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)條件，根據(jù)不同的生產(chǎn)能力進(jìn)行區(qū)別制定，在進(jìn)行制定生產(chǎn)綱領(lǐng)時需要準(zhǔn)確的掌握企業(yè)的生存條件，合理的制定出生產(chǎn)綱領(lǐng)，杜絕因?yàn)楦L(fēng)而制定的生產(chǎn)綱領(lǐng)。

不考慮企業(yè)的生產(chǎn)條件而制定出的生產(chǎn)綱領(lǐng)往往會造成資源的浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)的損失，甚至還會影響企業(yè)的聲譽(yù)。制定出合理的生產(chǎn)綱領(lǐng)后，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)的內(nèi)容選擇不同的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)保證生產(chǎn)的質(zhì)量[3]。

（三）相關(guān)的工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備

在進(jìn)行部分航空工藝裝備設(shè)計時會有特殊的規(guī)定，這些規(guī)定不僅可以判斷企業(yè)生產(chǎn)的工藝裝備質(zhì)量，還能使企業(yè)在生產(chǎn)過程中有所依據(jù)。在進(jìn)行生產(chǎn)工藝裝備的過程中，要嚴(yán)格遵守相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以保證工藝產(chǎn)品的質(zhì)量，也有利于工作效率的提高。

在進(jìn)行相關(guān)的工藝裝備設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該多掌握相關(guān)的裝備和工藝裝備的知識，保證生產(chǎn)出的工藝產(chǎn)品性價比較高。同時要對優(yōu)秀的工藝裝備進(jìn)行對比，借鑒這些工藝裝備設(shè)計中的優(yōu)點(diǎn)[4]。

四、航空工藝裝備設(shè)計中需要遵循的原則

（一）航空工藝裝備的設(shè)計需要遵循安全的原則

在進(jìn)行工藝裝備的設(shè)計時安全性原則是第一位的，不管發(fā)生什么情況，首先要保證工藝裝備設(shè)計的安全性，遵守安全性的原則。

產(chǎn)品的質(zhì)量是設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，但是在保證安全的同時工藝裝備的安全也是十分重要的，工藝裝備在使用過程中，不管是簡單還是復(fù)雜的構(gòu)件都有足夠的強(qiáng)度和硬度，在進(jìn)行使用時工藝裝備是最靠近人的，一旦出現(xiàn)安全方面的問題會直接對操作人員的生命安全造成威脅，因此在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時要嚴(yán)格遵循安全的原則[5]。

（二）航空工藝裝備的設(shè)計需要遵循環(huán)保的原則

在進(jìn)行工藝裝備的設(shè)計中，環(huán)保是重要的幾大原則之一，如果不遵守將會帶來嚴(yán)重的污染問題。

我國要走綠色可持續(xù)發(fā)展的道路，不管在任何領(lǐng)域在進(jìn)行工作時都需要保證是在綠色環(huán)保的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，設(shè)計人員在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時要充分考慮設(shè)計出來的航空工藝裝備在使用時可能會帶來的污染問題，盡可能地降低航空工藝裝備在使用中對周圍環(huán)境造成的環(huán)境影響，這些污染中包含噪音污染。

保證在進(jìn)行生產(chǎn)和使用時，航空工藝裝備是在綠色環(huán)保的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，采取積極的措施減少對環(huán)境的污染，并且保證操作人員不會受到因?yàn)楹娇展に囇b備帶來的污染對自己身體健康造成的威脅和傷害，因此在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時要嚴(yán)格遵循綠色環(huán)保的原則[6]。

（三）航空工藝裝備的設(shè)計需要遵循節(jié)約的原則

在進(jìn)行航空工藝裝備的設(shè)計時，設(shè)計者應(yīng)該著重追求低消耗、高生產(chǎn)的原則。低消耗顧名思義就是經(jīng)濟(jì)消耗，在某項(xiàng)航空工藝裝備在進(jìn)行生產(chǎn)加工時如果有多種技術(shù)方式可以進(jìn)行選擇，那在這種時候就需要將這些技術(shù)方式進(jìn)行詳細(xì)的對比，在這些技術(shù)方式中挑選出性價比最高的，選擇最優(yōu)秀的產(chǎn)品加工生產(chǎn)方式，并且在保證經(jīng)濟(jì)低消耗的同時，在最大程度上提高生產(chǎn)效率。

在航空工藝裝備設(shè)計的過程中，不一定要選擇最復(fù)雜的方式，提倡簡單效益最大的效果。比如說有些工藝裝備的設(shè)計目的只是用來工件定位，它的主要任務(wù)就是根據(jù)產(chǎn)品的圖紙和對工藝的要求把個零件或者部件相互的位置準(zhǔn)確的固定即可，并不需要對這些零部件進(jìn)行加緊的操作，之后會有專門的焊接工對其進(jìn)行焊接，只要能夠幫助他們進(jìn)行焊接定位即可[7]。在這種情況下可以保證工藝裝備準(zhǔn)確定位的情況下，把工藝裝備的制作復(fù)雜程度降到最低。

除此之外，在進(jìn)行工藝裝備設(shè)計時，可以考慮通用標(biāo)準(zhǔn)化元部件，使其具有組合，靈活使用的設(shè)計方法，可以在極大程度上簡化工藝裝備制作的成本，同時還能保證工藝裝備的制作精度和質(zhì)量。在盡可能的情況下，通過組合、調(diào)節(jié)等方法對工藝裝備進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就能在其他地方進(jìn)行使用。因此在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時要嚴(yán)格遵循節(jié)約的原則，如圖2所示。

（四）航空工藝裝備的設(shè)計需要遵循構(gòu)思和原始設(shè)計清晰的原則

在設(shè)計中保持思路的清晰，才能夠保障工藝裝備不會出現(xiàn)問題。

航空工藝裝備的設(shè)計主要是針對刀具、夾具、量具、工位器具等的設(shè)計，這種設(shè)計看起來很像，但是在生產(chǎn)過程中卻有著至關(guān)重要的作用。在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時，一定要保證構(gòu)思和原始設(shè)計清晰，這是工藝裝備設(shè)計中最基本的要求，大多數(shù)的工藝裝備都顯示，在進(jìn)行設(shè)計的過程中總的構(gòu)思相對來說是比較先進(jìn)的，知識因?yàn)楫a(chǎn)品的不同，所以相關(guān)的參數(shù)和技術(shù)也有不同的要求而言。在構(gòu)思過程中要遵循的原則就是保證工藝裝備加工精度和表面的質(zhì)量，在生產(chǎn)的過程中要減少人力資源的使用[8]。

原始設(shè)計清晰通常來說是指的在工藝裝備設(shè)計時，要明確工藝裝備的用途和相關(guān)的參數(shù)，并且要保證這些數(shù)據(jù)的詳細(xì)，如圖3所示。

1. 構(gòu)思原則保證加工精度和表面質(zhì)量

航空工藝裝備的性能決定著質(zhì)量的好壞，保證加工精度和表面質(zhì)量就是保證航空工藝裝備質(zhì)量的重要方面，在進(jìn)行工藝裝備設(shè)計時，首先要做的事情就是保證工藝裝備的加工精度和表面質(zhì)量。

對刀具設(shè)計而言，就是要選擇出正確合理的幾何參數(shù);對于模具來說，就是要選擇出合適的模具結(jié)構(gòu)形式和材料還有處理的手段;還有對夾具設(shè)計來說，要保證能夠正確定位保證夾緊方案和裝置。除此之外，還要格外注意工藝裝備中影響加工精度和表面質(zhì)量的因素。

2. 保證經(jīng)濟(jì)效果

保證經(jīng)濟(jì)效果最簡單的辦法就是提高生產(chǎn)效率，在工藝裝備設(shè)計中提高生產(chǎn)效率最好的辦法就是從夾具和模具的設(shè)計來想辦法，從這兩個方面進(jìn)行提高效率主要就是使用高效的結(jié)構(gòu)，以此來縮短輔助的時間。

對于刀具設(shè)計來說，選擇好正確的材料和集合參數(shù)既可以減少基本時間又能減少輔助時間。提高產(chǎn)品的質(zhì)量也能保證提高經(jīng)濟(jì)效果，工藝裝備設(shè)計的質(zhì)量對工件的加工質(zhì)量有明顯的影響，并且會直接影響產(chǎn)品的使用性能，因此通過工藝裝備設(shè)計質(zhì)量來提高工件的質(zhì)量也會提高產(chǎn)品的質(zhì)量[9]。

此外，提高經(jīng)濟(jì)效果的辦法還有降低工藝裝備制造成本的手段，保證工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)化的同事能夠減少結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，減小尺寸，可以使制造簡單方便，從而從節(jié)約材料的角度提高經(jīng)濟(jì)效果。

3. 構(gòu)思中注意的問題

工藝裝備要與加工設(shè)備相適合，由于使用的加工設(shè)備類型不同，在進(jìn)行工藝裝備設(shè)計時所需要考慮到的工藝裝備工作特點(diǎn)也不同。在車床和磨床中夾具通常是跟主軸連接在一起，在工作中會進(jìn)行共同回轉(zhuǎn)，在構(gòu)思時，需要考慮到夾具的定位怎么安放才能讓夾具在工作中不會出現(xiàn)松動的情況。

除此之外，因?yàn)楣に囇b備在加工設(shè)備上的安裝位置不同，因此要考慮到的結(jié)構(gòu)布局也會不同。目前自動化技術(shù)也廣泛應(yīng)用在工藝裝備中，針對單件小批的生產(chǎn)可以降低自動化的要求，但是大批量生產(chǎn)時最好選擇半自動化。

工藝裝備結(jié)構(gòu)要跟生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)條件相適應(yīng)，在進(jìn)行航空工藝裝備設(shè)計時要充分的掌握生產(chǎn)條件的情況，根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的工藝裝備設(shè)計。

4. 原始設(shè)計中注意的問題

原始設(shè)計就是工藝裝備結(jié)構(gòu)方案經(jīng)過多方討論和審批后繪制出來的具體結(jié)構(gòu)圖，在繪制結(jié)構(gòu)圖時要注意比例適當(dāng)、視圖正確，盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)零件三方面的問題。

比例適當(dāng)是指進(jìn)行繪制零件比例時，為了更加直觀防止出現(xiàn)差錯，盡可能地采用一比一的比例進(jìn)行繪圖設(shè)計。視圖正確是指在夾具和模具中根據(jù)操作人員在加工中的位置進(jìn)行繪制，保證能夠清晰的展示處工藝裝備的構(gòu)造和各部分關(guān)系。在工藝裝備的設(shè)計中選擇標(biāo)準(zhǔn)的零部件，可以縮短和簡化設(shè)計和制作的過程，從而提高工藝裝備的設(shè)計生產(chǎn)效率[10]。只有在沒有標(biāo)準(zhǔn)零件可以使用的情況下，才需要按照非標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行設(shè)計。

五、結(jié)語

綜上所述，工藝裝備的設(shè)計是件十分重要，對技術(shù)要求很高的設(shè)計工作，根據(jù)用途的不同，可以將工藝裝備分為通用和專用兩種，這些工藝裝備可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時還能提高生產(chǎn)加工的效率。工藝裝備質(zhì)量的好壞更工藝裝備的設(shè)計息息相關(guān)，在進(jìn)行工藝裝備設(shè)計時需要嚴(yán)格遵循文中所說的原則，這樣就可以很大程度提高工藝裝備的設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]晉文虎，王鎖忠，孫權(quán)武.鍍鉻工藝裝備的通用性設(shè)計[J].新技術(shù)新工藝， 2019（10）：25-27.

[2]劉剛，李瑞，李昆.基于成組技術(shù)的工藝裝備研究與應(yīng)用[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化， 2019，36（01）：37-42.

[3]朱校江.參數(shù)化繪圖在工藝裝備設(shè)計中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2019（08）：153-154.

[4]劉金鋒，朱鈺萍，田桂中，王筱蓉.面向智能制造的機(jī)械制造工藝裝備課程改革探討[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（08）：46-48.

[5]李宏業(yè)，王琦，李瑞鵬.機(jī)械制造工藝裝備管理項(xiàng)目化改革探索[J].黑龍江科學(xué)， 2018，9（20）：138-139.

[6]韓養(yǎng)志.航空產(chǎn)品工藝裝備設(shè)計制造管理標(biāo)準(zhǔn)體系研究與建立[A].中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.標(biāo)準(zhǔn)化助力供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革與創(chuàng)新——第十三屆中國標(biāo)準(zhǔn)化論壇論文集[C].中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會：中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會， 2016：5.

[7]張黎明.航天地面設(shè)備工裝典型零組件的模塊化設(shè)計與工藝研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2016.

[8]唐志忠.研究國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)航空工藝標(biāo)準(zhǔn)化工作[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量， 2005（02）：30-32.

[9]王榮華.工藝裝備設(shè)計應(yīng)遵循的程序與原則[J].山東機(jī)械， 1994（02）：37-41.

[10]本刊編輯部.大力開展航空工藝裝備的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化工作[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化， 1978（S2）：1-2.

通訊作者：張淑媛，1990年08月，女，漢族，陜西西安人，就職于中航飛機(jī)股份有限公司制造工程部技術(shù)裝備設(shè)計所，中級工程師，本科。研究方向：工藝裝備設(shè)計。