通用加工工裝結構的模塊化設計*

□ 黃軍軍 □ 王立夫 □ 勾 波 □ 程 浩 □ 桑弘鵬 □ 楊 毅

唐山軌道客車有限責任公司制造技術中心 河北唐山 063035

夾具在制造過程中起著重要的作用,夾具的結構、功能直接影響加工產品質量、生產效率與成本，制約新產品上市時間。

本公司近年來先后研發了時速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構差異較大，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構，加工工藝性相同。因此，考慮設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構。

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導軌上，整個工裝安裝多個夾裝單元，并左右對稱布置，根據不同車型不同型材的加工工藝特點，布置數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）復合夾緊機構，由倒L型壓臂構成，下端通過鉸接軸件與基礎座連接且設置有定位銷；（2）壓板式垂直壓緊機構，由支架件和水平壓板件組成；（3）側向夾緊機構，采用的是倒L型結構進行側向夾緊。

從上述工裝結構特點可以看出，該組合式機械加工工裝存在一定不足，主要表現在該工裝基礎結構橫梁、縱梁的位置和數量均是根據型材加工工藝特點進行布局的，因此其結構為固定式，不能根據不同車型、不同加工件進行適應性調整，因此，該組合式機械加工工裝有待進一步優化改進。

2 基于事例的工裝結構優化設計

通過對夾具結構特征和夾具功能分析以及企業中存在大量相似結構特征的工件事實，在保持原有工裝特點的情況下對工裝結構進行了適當的優化改進，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。

在加工中心的基礎導軌上布置相同的平行可移動式橫梁，橫梁兩側均帶手動鎖緊裝置，橫梁上方分布4條T型槽，用于在橫梁上安裝工裝基礎座所用。圖2為結構優化設計后的工裝結構截面視圖，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構優化改進的特點，該工裝結構分為4個部分，分別為可移動式橫梁、垂直壓緊裝置、支撐座組成、側向調整裝置。

圖2 邊頂加工工裝截面圖

（1）可移動式橫梁。在加工中心導軌上布置可移動式橫梁，根據待加工件長度通常采用5～8組即可，橫梁上設置有T型槽，用于安裝垂直壓緊裝置、支撐座組成等，側向安裝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，增加了倒L型壓臂連接底座，采用兩排銷孔定位，壓臂長度可根據工件特點及加工工藝要求自行調整設計，在工件上方可墊壓夾墊塊，防止工件上壓夾位置產生壓痕。

（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制作，按照待加工工件外形輪廓加工出定位面，側向加工出一立面，用來工件的側向定位，定位高度根據工件外形尺寸特點而定，通常30～50 mm即可。

（4）側向調整裝置。在支撐座上安裝側向鎖緊裝置，將原倒L型結構側向調整改為安裝座結構，安裝座與底座采用螺栓連接，上端焊接一帶內螺紋圓管，通過調整螺桿達到對工件側向的微量調整；側向調整裝置中螺桿側向壓夾角度可根據工件特點單獨設計；側向調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向調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，節省了工位，降低了工裝成本。

3 應用實例及使用方法

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，手動推工件側面與工裝塊側向立面密貼，然后預壓緊垂直壓緊裝置，側向調整裝置對工件側向進行預緊，測量工件與工作臺的不平行度，調整側向裝置對工件側向進行微調，然后壓緊垂直壓緊裝置，對工件進行壓緊。然后銑削工件，加工完成后松開側向調整裝置、上部壓緊裝置，清除鋁屑吊出工件至存儲區域。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

結構優化后的工裝達到模塊化設計的要求，裝夾單元安裝在可移動的橫梁上，橫梁位置調整非常靈活，通過更換支撐座上的定位支撐塊，可使裝夾裝置適應多種斷面結構的型材加工，同時也可適應多種截面的長大組焊件的加工。因此，該工裝結構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所示為該工裝結構改造為B型地鐵側墻組成加工的截面示意圖。

圖4 B型地鐵側墻組成加工工裝截面圖

B型地鐵側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，側向加工出1個立面用來側向定位，取代了側向定位裝置。工裝結構達到了模塊化設計，通過對定位支撐塊的改造可以適應多種型材件、組焊件的加工，該改進方法可大大降低工裝成本。

本工裝結構簡單，裝夾方便，適用性廣，可大大節省工位，提高設備利用率，降低生產成本，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，有較好的應用前景。

［1］ 王琪，廖文和，黃翔，等.基于事例的夾具設計關鍵技術研究[J].南京航空航天大學學報,2003（5）.

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