武云江 孫曉剛

摘 要：工裝是機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障，而且工裝設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。本文主要從工裝基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)和分析等方面進(jìn)行闡述和分析。

關(guān)鍵詞：工裝;設(shè)計(jì);分析

0 概述

不同的生產(chǎn)工藝、不同的產(chǎn)品，工裝設(shè)計(jì)和選型也不盡相同。應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝（加工方式、設(shè)備情況、節(jié)拍等）水平、人機(jī)工程學(xué)和工作效率等因素，是一個(gè)多學(xué)科系統(tǒng)復(fù)雜的過(guò)程，需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，從而提升工裝設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 工裝基礎(chǔ)知識(shí)

工裝是工藝裝備的簡(jiǎn)稱，一般分為專用工裝、通用工裝、標(biāo)準(zhǔn)工裝，也是各種工具統(tǒng)稱，包含：夾具、模具、刀具、量具、檢具等。

（1）專用工裝一般是為加工某一結(jié)構(gòu)或單一產(chǎn)品的專用裝置，一般在沖壓、注塑、鍛造工藝中應(yīng)用較多，如：模具、檢具。

（2）通用工裝一般指通用工裝底板，在底板上進(jìn)行組合組裝其他工裝部件，以滿足加工時(shí)用來(lái)迅速緊固工件，使機(jī)床、刀具、工件保持正確相對(duì)位置。

（3）標(biāo)準(zhǔn)工裝一般指通用性、裝配性比較強(qiáng)的工裝或配件，如：刀、量具等。

2 工裝設(shè)計(jì)和分析

2.1 設(shè)計(jì)原則

（1）工裝設(shè)計(jì)應(yīng)滿足使用國(guó)家或地區(qū)的安全法令法規(guī)，最好在企業(yè)內(nèi)部形成標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。

（2）工裝設(shè)計(jì)必須滿足工藝要求，關(guān)鍵工裝確定設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)進(jìn)行多方評(píng)審，涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工裝制造工程師等。

（3）在滿足產(chǎn)品技術(shù)要求的前提下，工裝選型應(yīng)盡量選擇通用或標(biāo)準(zhǔn)化刀、量具，刀具選擇還要結(jié)合設(shè)備的規(guī)格型號(hào)來(lái)確定;量具選擇時(shí)應(yīng)滿足產(chǎn)品的十分之一精度即可;若產(chǎn)品特征特殊情況下可制作專用刀、量具來(lái)滿足生產(chǎn)和檢測(cè)的需求。

（4）工裝結(jié)構(gòu)工藝應(yīng)簡(jiǎn)單實(shí)用，便于組裝、操作、換型和維修，提升效率、節(jié)省制造成本;有足夠的承載或夾持力度，確保在使用過(guò)程中工件定位穩(wěn)定性和可靠性。

（5）工裝設(shè)計(jì)方案策劃時(shí)應(yīng)遵循手動(dòng)、氣動(dòng)、液壓、伺服的依次優(yōu)先選用原則，以便控制技術(shù)難度和便于滿足操作的簡(jiǎn)易性。

2.2 工裝設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

當(dāng)接收到工裝設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，首先要熟悉被加工件圖樣、技術(shù)條件、工藝方案、工藝規(guī)程和工藝路線，本著工裝最低數(shù)量的設(shè)計(jì)原則，集中工序設(shè)計(jì)工裝。

2.3 工裝設(shè)計(jì)方案

根據(jù)被加工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝規(guī)程確定工裝初步設(shè)計(jì)方案，組織有經(jīng)驗(yàn)人員/專家優(yōu)化評(píng)審。

（1）以工裝結(jié)構(gòu)平臺(tái)化、簡(jiǎn)易性設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)工裝，整體工裝結(jié)構(gòu)組成應(yīng)盡量采用各種標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，專用件比例應(yīng)盡量少，減少制造勞動(dòng)量、成本;各種專用零件、部件結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)容易制造和測(cè)量，裝配、調(diào)試、維護(hù)方便。

（2）零部件在工裝上定位后，一般都要夾緊，使得零部件在加工過(guò)程中，保持已獲得的定位不被破壞，防止加工過(guò)程中產(chǎn)生位移、變形和振動(dòng)。

1）定位后夾緊三原則：①定位夾緊后不移動(dòng)原則;②定位夾緊后不變形原則，壓緊力應(yīng)適合;③定位夾緊后不振動(dòng)原則，提高支承和夾緊剛性，這三項(xiàng)原則是相互制約的，因此在設(shè)計(jì)夾緊力時(shí)應(yīng)制定多方預(yù)案。

2）夾緊點(diǎn)選擇原則：①盡可能使夾緊點(diǎn)和支撐點(diǎn)對(duì)應(yīng)，使夾緊作用在支承上，可減少變形;②夾緊點(diǎn)選擇應(yīng)盡量靠近加工表面，不致引起過(guò)大的夾緊變形。

3）夾緊力的確定。力有大小、方向和作用點(diǎn)三要素。當(dāng)零部件上有幾個(gè)方向的夾緊力作用時(shí)，應(yīng)考慮夾緊力作用先后順序。對(duì)于僅為使零部件與支承可靠接觸，夾緊力應(yīng)先作用，且不能太大;對(duì)于以平衡作用力的主要夾緊力，應(yīng)最后作用。

4）夾緊機(jī)構(gòu)的確定。在選定夾緊點(diǎn)和確定夾緊力之后，要進(jìn)行夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和確定，通過(guò)具體的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以確定夾緊力夾緊于夾緊點(diǎn)處。通常零部件的夾緊是由動(dòng)力源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的夾緊系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（3）工裝材料選型：

1）定位元件一般要求精度合適、耐磨性好、有足夠的強(qiáng)度和剛度、工藝加工性好、便于拆裝等。常用的定位銷材料：45#、Cr12合金鋼，必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)和淬火處理后再投入使用，從而提高強(qiáng)度和剛度，增強(qiáng)耐磨性。

2）45#鋼相對(duì)其它材料比較便宜，一般制作夾具的底板;P20、CR12MOV耐磨性好，會(huì)增強(qiáng)產(chǎn)品使用壽命，一般用在夾具重要部位;S136材料因耐磨和防銹功能，一般用在焊接夾具上。

3）制造模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、高分子材料等等。制造沖壓模具材料絕大部分以鋼材為主，常用模具部件材料種類：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。

4）高速鋼硬度，耐磨性，耐熱性不及硬質(zhì)合金，因此只適于制造中、低速切削的各種刀具;鎢鈷類、添加鉭類等硬質(zhì)合金大量應(yīng)用在剛性好，刃形簡(jiǎn)單高速切削刀具上;高速鋼刀具通過(guò)化學(xué)或物理方法在其上表面涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料耐磨性又不降低韌性。

（4）選擇定位元件或機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一和重合原則?；鶞?zhǔn)統(tǒng)一原則：盡可能選擇統(tǒng)一的基準(zhǔn)來(lái)生產(chǎn)零部件，若基準(zhǔn)不統(tǒng)一，或多或少對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量存在一定的影響?；鶞?zhǔn)重合原則：盡量選用被生產(chǎn)零部件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，這樣可避免基準(zhǔn)不重合而引起誤差。

（5）繪制新工裝方案結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)已確定的基礎(chǔ)件的幾何尺寸進(jìn)行必要的相關(guān)力計(jì)算;對(duì)復(fù)雜工裝需繪制關(guān)聯(lián)尺寸和裝置布置圖。

（6）對(duì)工裝輪廓尺寸、總體重量、承載能力以及加工設(shè)備選型規(guī)格進(jìn)行校核，也可借用仿真方法驗(yàn)證設(shè)計(jì)可制造性。

（7）對(duì)工裝設(shè)計(jì)方案從結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性、人機(jī)工程等方面進(jìn)行形同評(píng)審優(yōu)化，形成最終的方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

工裝設(shè)計(jì)和分析直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和溢價(jià)性，前期方案設(shè)計(jì)需要開(kāi)展多方案對(duì)比論證、標(biāo)桿對(duì)比等活動(dòng)，進(jìn)而確定最佳方案，確保工裝設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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