摘要: 介绍了用于齿轮加工工厂的工位器具的优化设计思想。以简约、高效、低成本为原则，通过合理设计工位器具的整体结构，制造出完全符合工艺要求，满足用户需求的工位器具。
 
       关键词: 齿轮加工; 整体结构; 工位器具
 
       根据用户的要求设计制造一批供用户在生产现场周转用和供仓库发货用的工位器具。用户生产的零件种类多，批量大，需要批量制造工位器具，所以要求在保证刚性的前提下，尽量降低每件工位器具的成本，降低用户投入。
 
      通过现场查看，用户现场使用的一些工位器具基本都是一些整体式的货箱，零件全部堆放在货箱内，没有针对零件的保护措施，这样在零件转运过程中，很容易产生磕碰划伤，对零件质量造成损害。所以，我们需要设计出一些工位器具，既能尽量多的放置零件，又能避免零件在转运的过程中出现磕碰划伤。
 
      1 、项目设计思路
 
      在设计过程中，通过和现场使用者沟通，总结出如下一些工位器具的设计思路:
 
      ( 1) 保证零件在运输过程中不产生磕碰伤;
      ( 2) 在减小其外形尺寸的前提下，尽量多放零件;
      ( 3) 一种货架尽量放多种零件，提高通用性;
      ( 4) 保 证 可 叉 ( 叉 车 运 输) ，可吊 ( 起 吊 运输) ，可垛( 能够堆垛) ;
      ( 5) 保证操作者取用零件方便、安全，且外形美观，大方，实用;
      ( 6) 在保证强度的前提下，尽量使用较小规格的材料以降低成本。
 
      经过和用户沟通，按照工位器具的功能和需要放置的工件进行分类，总共需要设计制造 80 多种工位器具，总数量达数千件，所以需要考虑采用何种主体材料才能够满足工位器具的使用要求，此种材料容易采购，且成本相对低，因此我们考虑采用有限元分析方法确定部分参数。
  
  

     
      图 1  60 mm × 60 mm 的方钢框架式工位器具
 

      图 2  40 mm × 40mm 的方钢框架式工位器具
 
     图1 所示的工位器具使用 60 mm × 60 mm 方钢制作框架，但未加筋板，整个框架为长方形结构。利用有限元软件可以分析出在 A、B 中点处为受力变形量最大的位置。
 
     图 2 所示的工位器具采用 40 mm × 40 mm 方钢制作框架，如果不加任何筋板，利用有限元软件分析受力变形情况，A、B 中点处仍为受力变形最大点，相对于 60 mm × 60 mm 方钢制作的工位器具，受力变形量增大。如果在图中位置 4 处加上筋板，经过有限元软件受力分析，发现变形量减小不理想。如果在图中位置 1 处加上筋板，经过受
力分析，发现变形量明显减小，与使用 60 mm × 60mm 方钢制作的工位器具情况相当。
 
     经过上述分析得出结论: 采用 40 mm × 40mm 方钢，并在关键位置加三角筋板，可以满足工位器具整体刚性要求，且用料最经济，所以全部工位器具的主体结构都采用此种形式。
 
     2、 项目分类实例
 
     2． 1 锥齿盆角齿轮大轮货架
 
     图 3 所示为锥齿盆角齿轮大轮货架示意图，主要用于各工位之间的转运，以及在仓库内的存放。
 
     货架采用 40 mm × 40 mm 方钢加筋板的主体结构，可以兼顾全部锥齿盆角齿轮大轮，通用性非常好。一个货架最多可以放置 44 个零件; 四个互成 90°的垂直钢板焊接在框架上，同时在每一个支撑位置与水平方向成 15°斜角焊接一个 V 形圆钢，用来支撑分隔工件，保证零件在运输过程中不受到磕碰伤。配置堆垛用支撑钢板保证可垛，配置起吊钩保证可以起吊运输，叉车可以叉住下部横向方钢进行转运。
  
  

     
      图3 锥齿盆角齿轮大轮货架示意图
 
      2． 2 锥齿盆角齿轮上线配对架
 
     锥齿盆角齿轮分为大轮和小轮，大轮和小轮需要一一对应进行装配，所以用户需要明确标识，能够很快识别一一配对的大小轮。图 4 所示为锥齿盆角齿轮上线配对架示意图，主要是针对上面所述的用户装配要求，以及转运的要求而设计制造的货架。
 
     货架的主体结构和锥齿盆角齿轮大轮货架基本相同，完全具备了大轮货架所具备的优点，同时在货架顶部横撑上焊接了一块整体钢板，钢板上安装了一些定位衬套，用来安装锥齿盆角齿轮小轮，为了方便用户装配时大小轮一一对应的要求，分别在立撑和顶部钢板对应位置配置标牌，用来标识大小轮一一对应的关系。
 
     2． 3 锥齿盆角齿轮小轮货架
 
     图5 所示为锥齿盆角齿轮小轮货架示意图，主要用于各工位之间的转运，以及在仓库内的存放。
  
  

    
     图 4 锥齿盆角齿轮上线配对架
  
  

    
     图 5 锥齿盆角齿轮小轮货架示意图
 
     货架采用 40 mm × 40 mm 方钢的主体结构，采用梯形框架结构，可以兼顾全部锥齿盆角齿轮小轮，通用性非常好。一个货架最多可以放置 96个零件，两个与水平方向成 75°的钢板焊接在框架上，同时在钢板上的每一个支撑位置与水平方向成 15°斜角，配置一个尼龙衬套，用来支撑分隔工件，保证零件在运输过程中不受到磕碰伤。配置起吊钩，便于起吊运输，叉车可以叉住下部横向方钢进行转运。
 
     2． 4 带内孔齿轮通用货架
   
     图 6 所示为带内孔齿轮通用货架示意图，主要用于各工位之间的转运，以及在仓库内的存放。
 
     货架采用 40 mm × 40 mm 方钢加筋板的主体结构，可以兼顾所有带内孔的齿轮，通用性非常好。下部配置交叉的横撑，横撑上焊接垂直钢管，用来定位和支撑零件，保证零件在运输过程中不受到磕碰伤。一个货架最多可以放置 15 个零件。配置支撑钢板便于堆垛，配置起吊钩，便于起吊运输，叉车可以叉住下部横向方钢进行转运。
 

     图 6 带内孔齿轮通用货架
 
     3 、结论

       本项目采用先进的有限元分析软件，对主体结构进行了精确有效地分析，采用最经济且刚性好的框架结构，满足了工位器具的要求。批量生产中，刚性可靠，成本低，技术水平和实际性能指标得到显著提升，得到了用户的好评。本项目中主要包含四大类工位器具，已经基本涵盖了所有齿轮类零件，锥齿盆角齿轮大轮对应直径大且不带内孔的齿轮; 锥齿盆角齿轮小轮对应不带内孔的轴类齿轮; 锥齿盆角齿轮上线配对架对应需要一一对应配对安装的齿轮; 带内孔齿轮通用货架对应所有带内孔的圆盘类齿轮。此项目非常适合于齿轮加工厂的工位器具的整体策划、设计、制造，同时对于批量生产的轴类、盘类零件的工位器具也有极大的借鉴和参考作用。