通用可調偏心工裝的設計

張春景 王永東

1.中國石油渤海裝備蘭州石油化工裝備分公司 甘肅蘭州 730060

2.甘肅省煉化特種裝備工程技術研究中心 甘肅蘭州 730060

1 序言

某廠某類零件加工時需要使用圖1所示的偏心工裝，由于該類零件的規格多，尺寸跨度大，每種規格的零件對應的D1、D0、h、e均不同，針對每個零件都必須設計相應的偏心工裝，所以工裝通用性差。

圖1 偏心工裝

另外，隨著生產的進行，產品規格的增多，工裝累計數量越來越多，增加了工裝儲存成本。為響應降本增效的質量管理理念，降低工裝的加工成本，縮短產品生產周期，需要改變工裝設計思路，以提高工裝的通用性。

2 原偏心工裝

2.1 原工裝設計原理及加工

偏心工裝的底面外圓D2與定位止口D1的縱向中心線偏心為e，橫向中心線平行。工裝設計時，根據固有胎具設計配合尺寸D2（H7），針對零件不同的規格、尺寸，計算出相應的定位止口D1、內孔D0、定位高度h和偏心e，設計制作相應的偏心工裝。當h＞60mm時，由于備料的限制，所以需設計圖2所示的焊接組合工裝。

圖2 焊接組合工裝

偏心工裝加工工藝：①精車上下兩平面及外圓D2，粗車定位止口D1。②以外圓D2及下平面為基準找正，數控銑削定位止口D1，保證定位止口平面與底平面的平行度。

2.2 使用方法

如圖3所示，將偏心工裝的外圓部分與固有大型胎具組裝，其中心線與固有胎具中心線對齊，緊固。然后將待加工零件組裝于偏心工裝止口處，工裝中心線與零件中心線對齊，將工裝零件緊固后加工。

圖3 工裝組裝

2.3 原工裝的局限性

由于零件規格不同，其配套的偏心工裝的D1、D0、h、e各不相同。為使生產順利進行，需根據零件設計圖樣，提前設計制作工裝，但在實際加工中，零件毛坯有時存在較大的尺寸偏差，需要借量，造成已制作的工裝不能滿足使用要求，常常臨時返修；而且偏心工裝的加工時間長，成本高，銑削偏心止口時需要占用高精度銑床，嚴重制約生產進度。

根據某廠的成本統計數據，每個偏心墊板（不計工裝材料成本和返修工時）車削耗用2個臺班，數控銑削耗用2個臺班。普通立式車床臺班費為700元/臺班，數控銑床臺班費為2800元/臺班，則每個偏心墊板的加工費用為700×2＋2800×2＝7000（元）。

針對上述情況，迫切需要改變工裝設計思路，提高工裝的通用性。

3 新工裝設計及應用

3.1 新工裝的設計思路

通過上述對原有偏心工裝的分析，發現各工裝的不同之處在于定位止口大小、定位高度和定位止口D1與外圓D2的縱向中心線偏心量。偏心工裝使用時，定位止口的作用是調整零件與固有胎具中心的相對位置，由于定位止口位于斜面上，起定位作用的主要是定位止口的低端，可以設計一種新的可調偏心工裝，使定位止口與固有胎具的相對位置可以隨意調整，保證其在固有胎具斜面低端的定位強度，以提高工裝的通用性，減少工裝的制作成本。

結合上述設計理念，我們利用3點定圓的原理，將待加工零件與固有胎具的定位由定位止口的圓周面定位改為3個限位銷定位的方式。通過改變限位銷的位置，實現偏心工裝定位止口大小D1和偏心值e的隨意調整。

統計各規格的某類零件，考慮到后續產品設計的可能規格，計算其定位高度h，確定了h的變化范圍為20～190mm。根據該數值范圍，需要設計活動墊塊，要求該活動墊塊能夠滿足所用規格零件加工所需的定位高度，同時，因為定位高度達到190mm，限位銷起限位作用的受力點位置高，作用力矩大，導致限位銷剛性差，所以該墊塊還應起到增強限位銷剛性的作用。

3.2 新工裝的加工

根據以上設計思路，設計了圖4所示的組合通用可調偏心工裝。其由通用墊板、活動墊塊、限位銷和T形螺栓4部分組成，主要組成件加工要點如下所述。

圖4 組合通用可調偏心工裝

通用墊板：車削一個剛性足夠的通用墊板，保證墊板上、下平面的平面度和平行度，車削與固有胎具配合的外圓；以下平面和外圓為基準，數控銑削限位槽的滑動工作面，同時加工出測量基準面，保證測量基準面和限位槽滑動工作面的形狀和位置精度。

活動墊塊：該墊塊共5件，其中3件中心有通孔，用活動墊塊的上、下平面代替原偏心墊板的定位平面，將5件同時磨削至設計尺寸，以保證定位面的平面度。

限位銷：限位銷外圓為大小頭，保證限位銷大頭端與小頭端的同軸度，其下部小頭端與通用墊板的限位槽配合，上部大頭端與零件的外圓面配合，保證限位銷與活動墊塊組裝后，其底端與通用墊板有1.5～2.0mm的距離，確保限位銷壓緊時不會出現干涉。

3.3 新工裝的使用

新工裝工作原理：根據零件的實際外圓尺寸、活動墊塊高度h和限位銷的外圓尺寸，計算出相應的偏心量e、限位銷與通用墊板測量基準面的距離l1和l2，通過改變限位銷在限位槽處的位置，間接保證定位止口D1和偏心量e。

工藝尺寸l1和l2的計算：以圖中所示數據為例，零件直徑D，工裝基準面中心距墊板中心線L，限位銷半徑R，限位銷中心到墊板中心距d，則l1＝L－[（D/2＋R）2－d2]0.5－R－e，l2＝L－D/2－2R。

新工裝使用方法：先將通用墊板中心線與固有胎具中心線對正、固定（此位置固定后不再變動，長期使用），清除限位銷、活動墊塊及通用墊板限位槽滑動面和定位面的異物，將限位銷穿入活動墊塊，其小頭端放置于限位槽中，根據計算出的l1和l2值，調整限位銷，用游標卡尺測量限位銷與測量基準面的距離l1，調整好限位銷，緊固，然后復測l1，保證兩處l1相差不超過0.02mm。按零件外圓尺寸放置好其余活動墊塊，將限位銷3與活動墊塊組裝后，放于滑動槽中，保證l2值小于計算尺寸2mm，以方便零件吊入。將零件放置在通用墊板上，用銅棒輕敲零件，零件外圓與限位銷1、限位銷2貼緊，用塞尺檢查，間隙不超過0.02mm，然后調整限位銷3，保證l2值。

3.4 新工裝優點

（1）簡化工裝設計，減少生產準備時間 用限位銷取代了偏心止口，對每個零件，只需根據零件實際加工尺寸調節限位銷與基準面的距離，達到改變定位止口尺寸和偏心值的目的，無需新制作工裝。原偏心墊板設計時要考慮材料庫存，保證定位高度，以避免加工過程中出現干涉；新工裝考慮到所有規格另加所需的定位高度，用統一高度的活動墊塊解決了上述問題，加快了工裝設計和工裝準備的進度。

（2）提高工裝的定位精度 原偏心工裝定位止口配合公差為0.3～0.4mm，新工裝通過精確測量和合理的裝配順序，能保證零件與工裝的間隙在0.05mm以內。

（3）提高操作的安全性 每次使用時，只需調整限位銷和活動墊塊的位置即可，減少了大件吊裝，提高了操作的安全性。

（4）降低工裝制作成本 該組合工裝通用性強，滿足了600～1950mm外圓的所有規格零件的加工。

4 結束語

該組合工裝根據零件實測尺寸計算，通過測量l1和l2，現場調整限位銷位置，實現零件的精確定位，避免了零件加工過程中的誤差影響，精度更高。其通用性強，能實現任意規格的定位止口，顯著地降低了工裝費用。其設計理念為其他圓形零件的工裝設計提供了借鑒。