某型號產品專用裝配工裝設計

樊曉萍，曹 馳，劉偉國，路永寬

（1.甘肅長風電子科技有限責任公司，甘肅 蘭州730070；2.蘭州理工大學材料科學與工程學院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

企業研發某型號軍用產品部件，由結構和電氣兩部分組成，該產品結構復雜，組裝零件多，裝配工序長，裝配精度要求高。原多工位裝配方法，基準一致性差，精度保證難，裝配過程易出現反復，生產效率低，且對產品多余物檢查不便。本文針對實際裝配工藝特點和要求，研制專用工裝實現一次裝夾完成全部裝配，確保裝配質量，提高裝配精度，提升裝配效率。

2 產品裝配工藝分析

產品部件裝配有機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 400mm，寬 450mm，重11kg，隨著各零部件裝配，產品部件逐漸增重，全部裝配到位時重達52kg，產品組裝精度要求高，裝配過程中需各工序間周轉，要進行多次搬運，并且各工序裝配操作時需多次翻轉零件，要求裝配操作時既要小心防止磕碰，又要安裝到位，確保各部件安裝精度。由于產品部件組成復雜，每道工序操作時間較長，多道工序要站立操作，操作人員容易疲勞，影響裝配精度和進度，且裝配過程耗時較長，嚴重影響產品交付進度。在保證質量前提下，為加快裝配進度，縮短制造周期，經研究決定設計制造配套專用工裝解決上述問題。

3 設計結構和工作原理

對裝配配套專用工裝設計要求，工裝既能滿足裝配時底座零件能水平360°自由轉動，又能在豎直空間向重心方向旋轉90°，且要求工裝設計結構簡單輕便，易于操作，便于移動，工作時工件在各角度狀態下可鎖緊，不發生松動，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）針對轉配工要求，采取為底座裝配過程工藝要求量身定做設計方案。首先對零件進行受力分析，找出重心，計算設計時平衡力矩，保證裝配工裝滿足產品部件裝配過程的各階段平穩牢靠（如圖3所示）。

圖3 裝配圖（工件水平擺放）

2）工裝設計結構能滿足水平360°自由轉動，設計了轉盤5（如圖2所示），將底座零件螺裝其上，使兩者成為一體，以轉盤5中心縱向Z軸為旋轉中心，實現水平360°自由轉動；轉盤5上加工有定位銷孔，到達工作位置時，銷釘定位，螺釘與底盤4鎖緊，進行安裝裝配工作。

3）工裝設計同時滿足水平360°轉動和豎直空間方向向重心所在一端90°轉動，是設計難點，能將兩個方向的轉動同時保證，不發生相互干涉，充分考慮可行性、協同性和安全穩定性，增加底盤4，將轉盤5置于底盤4上，沿Y軸（縱向）方向將底盤兩端固定，兩端的固定采用法蘭8結構，兩法蘭座對稱安裝，中心安裝螺紋轉軸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軸進行轉動，解決90°旋轉；工作時（如圖4所示），扳動手把11，使定位轉銷10轉動，設計其與法蘭的接觸為45°斜切面，發生轉動同時會沿自身軸向運動，帶動彈簧和定位芯子左移，去除該限位后，兩連接板6、16板帶動轉盤5及底盤4共同實現自由轉動，到達工作位置時，同樣扳動手把11，使定位轉銷10轉動，帶動彈簧和定位芯子右移，進行初定位。同時轉動手柄17，鎖緊螺母15鎖緊定位轉銷10，可保證整體的鎖緊，不發生圓周竄動。

圖4 （圖2中兩處放大）

4 結構特點

4.1 實現轉盤重載時靈活轉動

為保證轉盤5轉動靈活，轉盤底部加工多道環槽，用來減少與底盤的摩擦。試裝時發現，零件重量疊加后水平轉動時，需用力扳動，操作不靈便，不能實現轉盤360°靈活轉動，經結構改進，購置了名稱為“重力萬向球” 的滾珠（如圖5所示），底盤與轉盤間共放置6個，形成兩板間的6點接觸，降低了摩擦阻力，實現靈活轉動。

圖5 滾珠

4.2 解決雙向協同轉動的難題

底盤與工裝架體的連接要求，既要連接牢固，又能保證工作時轉動靈活，同時還要保證到達工作位置時定位準確牢靠，初始設計采用在兩法蘭座旋轉中心加裝軸承的方法，實際操作中發現：由于產品零件自身較重，軸承轉動太過靈活，當90°轉動時，重力作用下，易發生轉動過猛，不能實現平穩轉動；經分析研判，決定去掉軸承，增大轉動時摩擦阻力，降低轉速，實現緩慢運動，增加操作過程中可控性，解決了水平豎直雙向協同轉動的難題。

4.3 控制法蘭與架體焊接變形量

兩法蘭部分與架體進行焊接時，易變形，會使中心錯位，不同心，焊接時可在兩法蘭中心穿一軸，先定位，再進行焊接，解決了該問題。

4.4 避免豎直方向90°反向轉動

為保證產品部件向重心方向空間90°轉動，而不能發生相反方向轉動，增加產品裝配過程的平穩性，采用架體增加橫梁，有效防止反向轉動。

4.5 確保工裝結構優化輕便

在保證強度的前提下，將轉盤和底盤材料選為LY12-CZ硬鋁型材，并大面積設計減輕孔，架體采用空心管料，壁厚2mm以上，彎管機成形，將工裝重量降低到下限，既滿足承重，又輕便靈活，如移動較遠距離，可在支腳處加裝滾輪。同時保證操作人員工作時站坐均可，工作位置方便，易于進行裝配工作，便于多余物檢查。

4.6 滿足產品組件裝配要求

本工裝輕便便攜，結構靈巧，滿足裝配多功能要求，設計過程統籌、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，通過設計優化，產品服役三年未出現任何問題，獲得用戶一致好評。實體照片如圖6所示。

圖6 裝配工裝實物圖

5 結論

通過本工裝的設計制造及實際工況使用說明，在特殊復雜高精度產品零部件裝配中，采用合適的專用工裝作為裝配過程的手段和方法，具有極大的優越性，在現在制造業產品快速反應機制的發展趨勢下，專用工裝模具將在國防軍工、家用電器、民用設備等諸多方面零件制造中發揮不可替代的優越性，特別適合于結構復雜、精度要求高的關鍵零部件研發制造生產過程，可實現保證質量，提高精度，加快進度，提高產品市場競爭力。