某型號(hào)產(chǎn)品專用裝配工裝設(shè)計(jì)

樊曉萍，曹 馳，劉偉國(guó)，路永寬

（1.甘肅長(zhǎng)風(fēng)電子科技有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730070；2.蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

企業(yè)研發(fā)某型號(hào)軍用產(chǎn)品部件，由結(jié)構(gòu)和電氣兩部分組成，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組裝零件多，裝配工序長(zhǎng)，裝配精度要求高。原多工位裝配方法，基準(zhǔn)一致性差，精度保證難，裝配過程易出現(xiàn)反復(fù)，生產(chǎn)效率低，且對(duì)產(chǎn)品多余物檢查不便。本文針對(duì)實(shí)際裝配工藝特點(diǎn)和要求，研制專用工裝實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全部裝配，確保裝配質(zhì)量，提高裝配精度，提升裝配效率。

2 產(chǎn)品裝配工藝分析

產(chǎn)品部件裝配有機(jī)械和電氣兩部分組成，各零部件全部要安裝或焊接到底座零件上 （如圖1所示），該零件高600mm,長(zhǎng) 400mm，寬 450mm，重11kg，隨著各零部件裝配，產(chǎn)品部件逐漸增重，全部裝配到位時(shí)重達(dá)52kg，產(chǎn)品組裝精度要求高，裝配過程中需各工序間周轉(zhuǎn)，要進(jìn)行多次搬運(yùn)，并且各工序裝配操作時(shí)需多次翻轉(zhuǎn)零件，要求裝配操作時(shí)既要小心防止磕碰，又要安裝到位，確保各部件安裝精度。由于產(chǎn)品部件組成復(fù)雜，每道工序操作時(shí)間較長(zhǎng)，多道工序要站立操作，操作人員容易疲勞，影響裝配精度和進(jìn)度，且裝配過程耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品交付進(jìn)度。在保證質(zhì)量前提下，為加快裝配進(jìn)度，縮短制造周期，經(jīng)研究決定設(shè)計(jì)制造配套專用工裝解決上述問題。

3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理

對(duì)裝配配套專用工裝設(shè)計(jì)要求，工裝既能滿足裝配時(shí)底座零件能水平360°自由轉(zhuǎn)動(dòng)，又能在豎直空間向重心方向旋轉(zhuǎn)90°，且要求工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，易于操作，便于移動(dòng)，工作時(shí)工件在各角度狀態(tài)下可鎖緊，不發(fā)生松動(dòng)，以保證裝配過程安全可靠（如圖2所示）。

圖1 底座零件圖

圖2 裝配圖（工件垂直擺放）

1）針對(duì)轉(zhuǎn)配工要求，采取為底座裝配過程工藝要求量身定做設(shè)計(jì)方案。首先對(duì)零件進(jìn)行受力分析，找出重心，計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)平衡力矩，保證裝配工裝滿足產(chǎn)品部件裝配過程的各階段平穩(wěn)牢靠（如圖3所示）。

圖3 裝配圖（工件水平擺放）

2）工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能滿足水平360°自由轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)盤5（如圖2所示），將底座零件螺裝其上，使兩者成為一體，以轉(zhuǎn)盤5中心縱向Z軸為旋轉(zhuǎn)中心，實(shí)現(xiàn)水平360°自由轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤5上加工有定位銷孔，到達(dá)工作位置時(shí)，銷釘定位，螺釘與底盤4鎖緊，進(jìn)行安裝裝配工作。

3）工裝設(shè)計(jì)同時(shí)滿足水平360°轉(zhuǎn)動(dòng)和豎直空間方向向重心所在一端90°轉(zhuǎn)動(dòng)，是設(shè)計(jì)難點(diǎn)，能將兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)保證，不發(fā)生相互干涉，充分考慮可行性、協(xié)同性和安全穩(wěn)定性，增加底盤4，將轉(zhuǎn)盤5置于底盤4上，沿Y軸（縱向）方向?qū)⒌妆P兩端固定，兩端的固定采用法蘭8結(jié)構(gòu)，兩法蘭座對(duì)稱安裝，中心安裝螺紋轉(zhuǎn)軸9，又用連接板1（“L”型）將法蘭8部分和底盤4相連接，并以兩法蘭中心為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，解決90°旋轉(zhuǎn)；工作時(shí)（如圖4所示），扳動(dòng)手把11，使定位轉(zhuǎn)銷10轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)計(jì)其與法蘭的接觸為45°斜切面，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)會(huì)沿自身軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧和定位芯子左移，去除該限位后，兩連接板6、16板帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤5及底盤4共同實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)工作位置時(shí)，同樣扳動(dòng)手把11，使定位轉(zhuǎn)銷10轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧和定位芯子右移，進(jìn)行初定位。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄17，鎖緊螺母15鎖緊定位轉(zhuǎn)銷10，可保證整體的鎖緊，不發(fā)生圓周竄動(dòng)。

圖4 （圖2中兩處放大）

4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4.1 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤重載時(shí)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)

為保證轉(zhuǎn)盤5轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，轉(zhuǎn)盤底部加工多道環(huán)槽，用來減少與底盤的摩擦。試裝時(shí)發(fā)現(xiàn)，零件重量疊加后水平轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需用力扳動(dòng)，操作不靈便，不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤360°靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，購(gòu)置了名稱為“重力萬向球” 的滾珠（如圖5所示），底盤與轉(zhuǎn)盤間共放置6個(gè)，形成兩板間的6點(diǎn)接觸，降低了摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5 滾珠

4.2 解決雙向協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)的難題

底盤與工裝架體的連接要求，既要連接牢固，又能保證工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，同時(shí)還要保證到達(dá)工作位置時(shí)定位準(zhǔn)確牢靠，初始設(shè)計(jì)采用在兩法蘭座旋轉(zhuǎn)中心加裝軸承的方法，實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)：由于產(chǎn)品零件自身較重，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)太過靈活，當(dāng)90°轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，重力作用下，易發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)過猛，不能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)；經(jīng)分析研判，決定去掉軸承，增大轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦阻力，降低轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)緩慢運(yùn)動(dòng)，增加操作過程中可控性，解決了水平豎直雙向協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)的難題。

4.3 控制法蘭與架體焊接變形量

兩法蘭部分與架體進(jìn)行焊接時(shí)，易變形，會(huì)使中心錯(cuò)位，不同心，焊接時(shí)可在兩法蘭中心穿一軸，先定位，再進(jìn)行焊接，解決了該問題。

4.4 避免豎直方向90°反向轉(zhuǎn)動(dòng)

為保證產(chǎn)品部件向重心方向空間90°轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能發(fā)生相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，增加產(chǎn)品裝配過程的平穩(wěn)性，采用架體增加橫梁，有效防止反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.5 確保工裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕便

在保證強(qiáng)度的前提下，將轉(zhuǎn)盤和底盤材料選為L(zhǎng)Y12-CZ硬鋁型材，并大面積設(shè)計(jì)減輕孔，架體采用空心管料，壁厚2mm以上，彎管機(jī)成形，將工裝重量降低到下限，既滿足承重，又輕便靈活，如移動(dòng)較遠(yuǎn)距離，可在支腳處加裝滾輪。同時(shí)保證操作人員工作時(shí)站坐均可，工作位置方便，易于進(jìn)行裝配工作，便于多余物檢查。

4.6 滿足產(chǎn)品組件裝配要求

本工裝輕便便攜，結(jié)構(gòu)靈巧，滿足裝配多功能要求，設(shè)計(jì)過程統(tǒng)籌、全方位考慮功能及使用工況，兼顧多方面工藝要求，避免相互干涉，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，產(chǎn)品服役三年未出現(xiàn)任何問題，獲得用戶一致好評(píng)。實(shí)體照片如圖6所示。

圖6 裝配工裝實(shí)物圖

5 結(jié)論

通過本工裝的設(shè)計(jì)制造及實(shí)際工況使用說明，在特殊復(fù)雜高精度產(chǎn)品零部件裝配中，采用合適的專用工裝作為裝配過程的手段和方法，具有極大的優(yōu)越性，在現(xiàn)在制造業(yè)產(chǎn)品快速反應(yīng)機(jī)制的發(fā)展趨勢(shì)下，專用工裝模具將在國(guó)防軍工、家用電器、民用設(shè)備等諸多方面零件制造中發(fā)揮不可替代的優(yōu)越性，特別適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的關(guān)鍵零部件研發(fā)制造生產(chǎn)過程，可實(shí)現(xiàn)保證質(zhì)量，提高精度，加快進(jìn)度，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。