摘要: 介紹了用于齒輪加工工廠的工位器具的優化設計思想。以簡約、高效、低成本為原則，通過合理設計工位器具的整體結構，制造出完全符合工藝要求，滿足用戶需求的工位器具。
關鍵詞: 齒輪加工; 整體結構; 工位器具
根據用戶的要求設計制造一批供用戶在生產現場周轉用和供倉庫發貨用的工位器具。用戶生產的零件種類多，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。
通過現場查看，用戶現場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，沒有針對零件的保護措施，這樣在零件轉運過程中，很容易產生磕碰劃傷，對零件質量造成損害。所以，我們需要設計出一些工位器具，既能盡量多的放置零件，又能避免零件在轉運的過程中出現磕碰劃傷。
1 、項目設計思路
在設計過程中，通過和現場使用者溝通，總結出如下一些工位器具的設計思路:
( 1) 保證零件在運輸過程中不產生磕碰傷;
( 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 輸) ，可吊 ( 起 吊 運輸) ，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，實用;
( 6) 在保證強度的前提下，盡量使用較小規格的材料以降低成本。
經過和用戶溝通，按照工位器具的功能和需要放置的工件進行分類，總共需要設計制造 80 多種工位器具，總數量達數千件，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，且成本相對低，因此我們考慮采用有限元分析方法確定部分參數。
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，整個框架為長方形結構。利用有限元軟件可以分析出在 A、B 中點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 中點處仍為受力變形最大點，相對于 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，經過有限元軟件受力分析，發現變形量減小不理想。如果在圖中位置 1 處加上筋板，經過受
力分析，發現變形量明顯減小，與使用 60 mm × 60mm 方鋼制作的工位器具情況相當。
經過上述分析得出結論: 采用 40 mm × 40mm 方鋼，并在關鍵位置加三角筋板，可以滿足工位器具整體剛性要求，且用料最經濟，所以全部工位器具的主體結構都采用此種形式。
2、 項目分類實例
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運，以及在倉庫內的存放。
貨架采用 40 mm × 40 mm 方鋼加筋板的主體結構，可以兼顧全部錐齒盆角齒輪大輪，通用性非常好。一個貨架最多可以放置 44 個零件; 四個互成 90°的垂直鋼板焊接在框架上，同時在每一個支撐位置與水平方向成 15°斜角焊接一個 V 形圓鋼，用來支撐分隔工件，保證零件在運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輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進行轉運。
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架
錐齒盆角齒輪分為大輪和小輪，大輪和小輪需要一一對應進行裝配，所以用戶需要明確標識，能夠很快識別一一配對的大小輪。圖 4 所示為錐齒盆角齒輪上線配對架示意圖，主要是針對上面所述的用戶裝配要求，以及轉運的要求而設計制造的貨架。
貨架的主體結構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點，同時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大小輪一一對應的要求，分別在立撐和頂部鋼板對應位置配置標牌，用來標識大小輪一一對應的關系。
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運，以及在倉庫內的存放。
圖 4 錐齒盆角齒輪上線配對架
圖 5 錐齒盆角齒輪小輪貨架示意圖
貨架采用 40 mm × 40 mm 方鋼的主體結構，采用梯形框架結構，可以兼顧全部錐齒盆角齒輪小輪，通用性非常好。一個貨架最多可以放置 96個零件，兩個與水平方向成 75°的鋼板焊接在框架上，同時在鋼板上的每一個支撐位置與水平方向成 15°斜角，配置一個尼龍襯套，用來支撐分隔工件，保證零件在運輸過程中不受到磕碰傷。配置起吊鉤，便于起吊運輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進行轉運。
2． 4 帶內孔齒輪通用貨架
圖 6 所示為帶內孔齒輪通用貨架示意圖，主要用于各工位之間的轉運，以及在倉庫內的存放。
貨架采用 40 mm × 40 mm 方鋼加筋板的主體結構，可以兼顧所有帶內孔的齒輪，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，保證零件在運輸過程中不受到磕碰傷。一個貨架最多可以放置 15 個零件。配置支撐鋼板便于堆垛，配置起吊鉤，便于起吊運輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進行轉運。
圖 6 帶內孔齒輪通用貨架
3 、結論
本項目采用先進的有限元分析軟件，對主體結構進行了精確有效地分析，采用最經濟且剛性好的框架結構，滿足了工位器具的要求。批量生產中，剛性可靠，成本低，技術水平和實際性能指標得到顯著提升，得到了用戶的好評。本項目中主要包含四大類工位器具，已經基本涵蓋了所有齒輪類零件，錐齒盆角齒輪大輪對應直徑大且不帶內孔的齒輪; 錐齒盆角齒輪小輪對應不帶內孔的軸類齒輪; 錐齒盆角齒輪上線配對架對應需要一一對應配對安裝的齒輪; 帶內孔齒輪通用貨架對應所有帶內孔的圓盤類齒輪。此項目非常適合于齒輪加工廠的工位器具的整體策劃、設計、制造，同時對于批量生產的軸類、盤類零件的工位器具也有極大的借鑒和參考作用。
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