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       摘要: 介紹了用于齒輪加工工廠的工位器具的優(yōu)化設(shè)計(jì)思想。以簡(jiǎn)約、高效、低成本為原則，通過合理設(shè)計(jì)工位器具的整體結(jié)構(gòu)，制造出完全符合工藝要求，滿足用戶需求的工位器具。
 
       關(guān)鍵詞: 齒輪加工; 整體結(jié)構(gòu); 工位器具
 
       根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)制造一批供用戶在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)周轉(zhuǎn)用和供倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨用的工位器具。用戶生產(chǎn)的零件種類多，批量大，需要批量制造工位器具，所以要求在保證剛性的前提下，盡量降低每件工位器具的成本，降低用戶投入。
 
      通過現(xiàn)場(chǎng)查看，用戶現(xiàn)場(chǎng)使用的一些工位器具基本都是一些整體式的貨箱，零件全部堆放在貨箱內(nèi)，沒有針對(duì)零件的保護(hù)措施，這樣在零件轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，很容易產(chǎn)生磕碰劃傷，對(duì)零件質(zhì)量造成損害。所以，我們需要設(shè)計(jì)出一些工位器具，既能盡量多的放置零件，又能避免零件在轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中出現(xiàn)磕碰劃傷。
 
      1 、項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路
 
      在設(shè)計(jì)過程中，通過和現(xiàn)場(chǎng)使用者溝通，總結(jié)出如下一些工位器具的設(shè)計(jì)思路:
 
      ( 1) 保證零件在運(yùn)輸過程中不產(chǎn)生磕碰傷;
      ( 2) 在減小其外形尺寸的前提下，盡量多放零件;
      ( 3) 一種貨架盡量放多種零件，提高通用性;
      ( 4) 保 證 可 叉 ( 叉 車 運(yùn) 輸) ，可吊 ( 起 吊 運(yùn)輸) ，可垛( 能夠堆垛) ;
      ( 5) 保證操作者取用零件方便、安全，且外形美觀，大方，實(shí)用;
      ( 6) 在保證強(qiáng)度的前提下，盡量使用較小規(guī)格的材料以降低成本。
 
      經(jīng)過和用戶溝通，按照工位器具的功能和需要放置的工件進(jìn)行分類，總共需要設(shè)計(jì)制造 80 多種工位器具，總數(shù)量達(dá)數(shù)千件，所以需要考慮采用何種主體材料才能夠滿足工位器具的使用要求，此種材料容易采購(gòu)，且成本相對(duì)低，因此我們考慮采用有限元分析方法確定部分參數(shù)。
  
  

     
      圖 1  60 mm × 60 mm 的方鋼框架式工位器具
 

      圖 2  40 mm × 40mm 的方鋼框架式工位器具
 
     圖1 所示的工位器具使用 60 mm × 60 mm 方鋼制作框架，但未加筋板，整個(gè)框架為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)。利用有限元軟件可以分析出在 A、B 中點(diǎn)處為受力變形量最大的位置。
 
     圖 2 所示的工位器具采用 40 mm × 40 mm 方鋼制作框架，如果不加任何筋板，利用有限元軟件分析受力變形情況，A、B 中點(diǎn)處仍為受力變形最大點(diǎn)，相對(duì)于 60 mm × 60 mm 方鋼制作的工位器具，受力變形量增大。如果在圖中位置 4 處加上筋板，經(jīng)過有限元軟件受力分析，發(fā)現(xiàn)變形量減小不理想。如果在圖中位置 1 處加上筋板，經(jīng)過受
力分析，發(fā)現(xiàn)變形量明顯減小，與使用 60 mm × 60mm 方鋼制作的工位器具情況相當(dāng)。
 
     經(jīng)過上述分析得出結(jié)論: 采用 40 mm × 40mm 方鋼，并在關(guān)鍵位置加三角筋板，可以滿足工位器具整體剛性要求，且用料最經(jīng)濟(jì)，所以全部工位器具的主體結(jié)構(gòu)都采用此種形式。
 
     2、 項(xiàng)目分類實(shí)例
 
     2． 1 錐齒盆角齒輪大輪貨架
 
     圖 3 所示為錐齒盆角齒輪大輪貨架示意圖，主要用于各工位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的存放。
 
     貨架采用 40 mm × 40 mm 方鋼加筋板的主體結(jié)構(gòu)，可以兼顧全部錐齒盆角齒輪大輪，通用性非常好。一個(gè)貨架最多可以放置 44 個(gè)零件; 四個(gè)互成 90°的垂直鋼板焊接在框架上，同時(shí)在每一個(gè)支撐位置與水平方向成 15°斜角焊接一個(gè) V 形圓鋼，用來支撐分隔工件，保證零件在運(yùn)輸過程中不受到磕碰傷。配置堆垛用支撐鋼板保證可垛，配置起吊鉤保證可以起吊運(yùn)輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。
  
  

     
      圖3 錐齒盆角齒輪大輪貨架示意圖
 
      2． 2 錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架
 
     錐齒盆角齒輪分為大輪和小輪，大輪和小輪需要一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行裝配，所以用戶需要明確標(biāo)識(shí)，能夠很快識(shí)別一一配對(duì)的大小輪。圖 4 所示為錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架示意圖，主要是針對(duì)上面所述的用戶裝配要求，以及轉(zhuǎn)運(yùn)的要求而設(shè)計(jì)制造的貨架。
 
     貨架的主體結(jié)構(gòu)和錐齒盆角齒輪大輪貨架基本相同，完全具備了大輪貨架所具備的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在貨架頂部橫撐上焊接了一塊整體鋼板，鋼板上安裝了一些定位襯套，用來安裝錐齒盆角齒輪小輪，為了方便用戶裝配時(shí)大小輪一一對(duì)應(yīng)的要求，分別在立撐和頂部鋼板對(duì)應(yīng)位置配置標(biāo)牌，用來標(biāo)識(shí)大小輪一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
 
     2． 3 錐齒盆角齒輪小輪貨架
 
     圖5 所示為錐齒盆角齒輪小輪貨架示意圖，主要用于各工位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的存放。
  
  

    
     圖 4 錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架
  
  

    
     圖 5 錐齒盆角齒輪小輪貨架示意圖
 
     貨架采用 40 mm × 40 mm 方鋼的主體結(jié)構(gòu)，采用梯形框架結(jié)構(gòu)，可以兼顧全部錐齒盆角齒輪小輪，通用性非常好。一個(gè)貨架最多可以放置 96個(gè)零件，兩個(gè)與水平方向成 75°的鋼板焊接在框架上，同時(shí)在鋼板上的每一個(gè)支撐位置與水平方向成 15°斜角，配置一個(gè)尼龍襯套，用來支撐分隔工件，保證零件在運(yùn)輸過程中不受到磕碰傷。配置起吊鉤，便于起吊運(yùn)輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。
 
     2． 4 帶內(nèi)孔齒輪通用貨架
   
     圖 6 所示為帶內(nèi)孔齒輪通用貨架示意圖，主要用于各工位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的存放。
 
     貨架采用 40 mm × 40 mm 方鋼加筋板的主體結(jié)構(gòu)，可以兼顧所有帶內(nèi)孔的齒輪，通用性非常好。下部配置交叉的橫撐，橫撐上焊接垂直鋼管，用來定位和支撐零件，保證零件在運(yùn)輸過程中不受到磕碰傷。一個(gè)貨架最多可以放置 15 個(gè)零件。配置支撐鋼板便于堆垛，配置起吊鉤，便于起吊運(yùn)輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。
 

     圖 6 帶內(nèi)孔齒輪通用貨架
 
     3 、結(jié)論

       本項(xiàng)目采用先進(jìn)的有限元分析軟件，對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確有效地分析，采用最經(jīng)濟(jì)且剛性好的框架結(jié)構(gòu)，滿足了工位器具的要求。批量生產(chǎn)中，剛性可靠，成本低，技術(shù)水平和實(shí)際性能指標(biāo)得到顯著提升，得到了用戶的好評(píng)。本項(xiàng)目中主要包含四大類工位器具，已經(jīng)基本涵蓋了所有齒輪類零件，錐齒盆角齒輪大輪對(duì)應(yīng)直徑大且不帶內(nèi)孔的齒輪; 錐齒盆角齒輪小輪對(duì)應(yīng)不帶內(nèi)孔的軸類齒輪; 錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架對(duì)應(yīng)需要一一對(duì)應(yīng)配對(duì)安裝的齒輪; 帶內(nèi)孔齒輪通用貨架對(duì)應(yīng)所有帶內(nèi)孔的圓盤類齒輪。此項(xiàng)目非常適合于齒輪加工廠的工位器具的整體策劃、設(shè)計(jì)、制造，同時(shí)對(duì)于批量生產(chǎn)的軸類、盤類零件的工位器具也有極大的借鑒和參考作用。