武云江 孫曉剛

摘 要：工裝是機械加工產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障，而且工裝設(shè)計質(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、設(shè)計和分析等方面進行闡述和分析。

關(guān)鍵詞：工裝;設(shè)計;分析

0 概述

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

1 工裝基礎(chǔ)知識

工裝是工藝裝備的簡稱，一般分為專用工裝、通用工裝、標準工裝，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，在底板上進行組合組裝其他工裝部件，以滿足加工時用來迅速緊固工件，使機床、刀具、工件保持正確相對位置。

（3）標準工裝一般指通用性、裝配性比較強的工裝或配件，如：刀、量具等。

2 工裝設(shè)計和分析

2.1 設(shè)計原則

（1）工裝設(shè)計應(yīng)滿足使用國家或地區(qū)的安全法令法規(guī)，最好在企業(yè)內(nèi)部形成標準化和通用化。

（2）工裝設(shè)計必須滿足工藝要求，關(guān)鍵工裝確定設(shè)計方案時，應(yīng)進行多方評審，涉及產(chǎn)品設(shè)計、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)盡量選擇通用或標準化刀、量具，刀具選擇還要結(jié)合設(shè)備的規(guī)格型號來確定;量具選擇時應(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、量具來滿足生產(chǎn)和檢測的需求。

（4）工裝結(jié)構(gòu)工藝應(yīng)簡單實用，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，確保在使用過程中工件定位穩(wěn)定性和可靠性。

（5）工裝設(shè)計方案策劃時應(yīng)遵循手動、氣動、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易性。

2.2 工裝設(shè)計準備

當(dāng)接收到工裝設(shè)計任務(wù)時，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)計原則，集中工序設(shè)計工裝。

2.3 工裝設(shè)計方案

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)計方案，組織有經(jīng)驗人員/專家優(yōu)化評審。

（1）以工裝結(jié)構(gòu)平臺化、簡易性設(shè)計理念設(shè)計工裝，整體工裝結(jié)構(gòu)組成應(yīng)盡量采用各種標準件、通用件，專用件比例應(yīng)盡量少，減少制造勞動量、成本;各種專用零件、部件結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)容易制造和測量，裝配、調(diào)試、維護方便。

（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程中，保持已獲得的定位不被破壞，防止加工過程中產(chǎn)生位移、變形和振動。

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

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

3）夾緊力的確定。力有大小、方向和作用點三要素。當(dāng)零部件上有幾個方向的夾緊力作用時，應(yīng)考慮夾緊力作用先后順序。對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;對于以平衡作用力的主要夾緊力，應(yīng)最后作用。

4）夾緊機構(gòu)的確定。在選定夾緊點和確定夾緊力之后，要進行夾緊機構(gòu)的設(shè)計和確定，通過具體的機構(gòu)實現(xiàn)以確定夾緊力夾緊于夾緊點處。通常零部件的夾緊是由動力源、傳動機構(gòu)、夾緊機構(gòu)所構(gòu)成的夾緊系統(tǒng)來實現(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，必須進行調(diào)質(zhì)和淬火處理后再投入使用，從而提高強度和剛度，增強耐磨性。

2）45#鋼相對其它材料比較便宜，一般制作夾具的底板;P20、CR12MOV耐磨性好，會增強產(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，刃形簡單高速切削刀具上;高速鋼刀具通過化學(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）選擇定位元件或機構(gòu)時應(yīng)盡量遵循基準統(tǒng)一和重合原則?；鶞式y(tǒng)一原則：盡可能選擇統(tǒng)一的基準來生產(chǎn)零部件，若基準不統(tǒng)一，或多或少對產(chǎn)品質(zhì)量存在一定的影響?；鶞手睾显瓌t：盡量選用被生產(chǎn)零部件的設(shè)計基準作為精基準，這樣可避免基準不重合而引起誤差。

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

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

（7）對工裝設(shè)計方案從結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟性、人機工程等方面進行形同評審優(yōu)化，形成最終的方案。

3 結(jié)束語

工裝設(shè)計和分析直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和溢價性，前期方案設(shè)計需要開展多方案對比論證、標桿對比等活動，進而確定最佳方案，確保工裝設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻：

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[2]胡佳秀.簡明機械零件設(shè)計使用手冊[M]. 北京機械工業(yè)出版社，1999.