某型号产品专用装配工装设计

樊晓萍，曹 驰，刘伟国，路永宽

（1.甘肃长风电子科技有限责任公司，甘肃 兰州730070；2.兰州理工大学材料科学与工程学院，甘肃 兰州 730050）

1 概述

企业研发某型号军用产品部件，由结构和电气两部分组成，该产品结构复杂，组装零件多，装配工序长，装配精度要求高。原多工位装配方法，基准一致性差，精度保证难，装配过程易出现反复，生产效率低，且对产品多余物检查不便。本文针对实际装配工艺特点和要求，研制专用工装实现一次装夹完成全部装配，确保装配质量，提高装配精度，提升装配效率。

2 产品装配工艺分析

产品部件装配有机械和电气两部分组成，各零部件全部要安装或焊接到底座零件上 （如图1所示），该零件高600mm,长 400mm，宽 450mm，重11kg，随着各零部件装配，产品部件逐渐增重，全部装配到位时重达52kg，产品组装精度要求高，装配过程中需各工序间周转，要进行多次搬运，并且各工序装配操作时需多次翻转零件，要求装配操作时既要小心防止磕碰，又要安装到位，确保各部件安装精度。由于产品部件组成复杂，每道工序操作时间较长，多道工序要站立操作，操作人员容易疲劳，影响装配精度和进度，且装配过程耗时较长，严重影响产品交付进度。在保证质量前提下，为加快装配进度，缩短制造周期，经研究决定设计制造配套专用工装解决上述问题。

3 设计结构和工作原理

对装配配套专用工装设计要求，工装既能满足装配时底座零件能水平360°自由转动，又能在竖直空间向重心方向旋转90°，且要求工装设计结构简单轻便，易于操作，便于移动，工作时工件在各角度状态下可锁紧，不发生松动，以保证装配过程安全可靠（如图2所示）。

图1 底座零件图

图2 装配图（工件垂直摆放）

1）针对转配工要求，采取为底座装配过程工艺要求量身定做设计方案。首先对零件进行受力分析，找出重心，计算设计时平衡力矩，保证装配工装满足产品部件装配过程的各阶段平稳牢靠（如图3所示）。

图3 装配图（工件水平摆放）

2）工装设计结构能满足水平360°自由转动，设计了转盘5（如图2所示），将底座零件螺装其上，使两者成为一体，以转盘5中心纵向Z轴为旋转中心，实现水平360°自由转动；转盘5上加工有定位销孔，到达工作位置时，销钉定位，螺钉与底盘4锁紧，进行安装装配工作。

3）工装设计同时满足水平360°转动和竖直空间方向向重心所在一端90°转动，是设计难点，能将两个方向的转动同时保证，不发生相互干涉，充分考虑可行性、协同性和安全稳定性，增加底盘4，将转盘5置于底盘4上，沿Y轴（纵向）方向将底盘两端固定，两端的固定采用法兰8结构，两法兰座对称安装，中心安装螺纹转轴9，又用连接板1（“L”型）将法兰8部分和底盘4相连接，并以两法兰中心为旋转轴进行转动，解决90°旋转；工作时（如图4所示），扳动手把11，使定位转销10转动，设计其与法兰的接触为45°斜切面，发生转动同时会沿自身轴向运动，带动弹簧和定位芯子左移，去除该限位后，两连接板6、16板带动转盘5及底盘4共同实现自由转动，到达工作位置时，同样扳动手把11，使定位转销10转动，带动弹簧和定位芯子右移，进行初定位。同时转动手柄17，锁紧螺母15锁紧定位转销10，可保证整体的锁紧，不发生圆周窜动。

图4 （图2中两处放大）

4 结构特点

4.1 实现转盘重载时灵活转动

为保证转盘5转动灵活，转盘底部加工多道环槽，用来减少与底盘的摩擦。试装时发现，零件重量叠加后水平转动时，需用力扳动，操作不灵便，不能实现转盘360°灵活转动，经结构改进，购置了名称为“重力万向球” 的滚珠（如图5所示），底盘与转盘间共放置6个，形成两板间的6点接触，降低了摩擦阻力，实现灵活转动。

图5 滚珠

4.2 解决双向协同转动的难题

底盘与工装架体的连接要求，既要连接牢固，又能保证工作时转动灵活，同时还要保证到达工作位置时定位准确牢靠，初始设计采用在两法兰座旋转中心加装轴承的方法，实际操作中发现：由于产品零件自身较重，轴承转动太过灵活，当90°转动时，重力作用下，易发生转动过猛，不能实现平稳转动；经分析研判，决定去掉轴承，增大转动时摩擦阻力，降低转速，实现缓慢运动，增加操作过程中可控性，解决了水平竖直双向协同转动的难题。

4.3 控制法兰与架体焊接变形量

两法兰部分与架体进行焊接时，易变形，会使中心错位，不同心，焊接时可在两法兰中心穿一轴，先定位，再进行焊接，解决了该问题。

4.4 避免竖直方向90°反向转动

为保证产品部件向重心方向空间90°转动，而不能发生相反方向转动，增加产品装配过程的平稳性，采用架体增加横梁，有效防止反向转动。

4.5 确保工装结构优化轻便

在保证强度的前提下，将转盘和底盘材料选为LY12-CZ硬铝型材，并大面积设计减轻孔，架体采用空心管料，壁厚2mm以上，弯管机成形，将工装重量降低到下限，既满足承重，又轻便灵活，如移动较远距离，可在支脚处加装滚轮。同时保证操作人员工作时站坐均可，工作位置方便，易于进行装配工作，便于多余物检查。

4.6 满足产品组件装配要求

本工装轻便便携，结构灵巧，满足装配多功能要求，设计过程统筹、全方位考虑功能及使用工况，兼顾多方面工艺要求，避免相互干涉，通过设计优化，产品服役三年未出现任何问题，获得用户一致好评。实体照片如图6所示。

图6 装配工装实物图

5 结论

通过本工装的设计制造及实际工况使用说明，在特殊复杂高精度产品零部件装配中，采用合适的专用工装作为装配过程的手段和方法，具有极大的优越性，在现在制造业产品快速反应机制的发展趋势下，专用工装模具将在国防军工、家用电器、民用设备等诸多方面零件制造中发挥不可替代的优越性，特别适合于结构复杂、精度要求高的关键零部件研发制造生产过程，可实现保证质量，提高精度，加快进度，提高产品市场竞争力。