浅谈航空领域工装典型结构标准化工作

浅谈航空领域工装典型结构标准化工作

陈晓   张爽

中航西安飞机工业集团股份有限公司  陕西省西安市 710089

【内容摘要】本文通过对航空领域工艺装备典型结构的问题分析，结合航空产品工艺装备典型结构特点，对工艺装备典型结构提出了设计规范化、要素通用化、结构系列化的标准化工作思路。工艺装备简称工装，是指为了实现工艺规程所需的各种刀具、夹具、量具、工位器具等的总称。

关键词  工艺装备；典型结构

一、工装设计标准化存在的问题

随着数字化技术的发展，航空产品研制周期的缩短，科研、生产任务的日渐繁重，厂际协作的日益增多，传统的工装设计思路、设计方式已无法实现和适应技术发展的需要。导致工装设计在思路上百花齐发，同类型结构的工装设计出现很多种样式和结构，不仅不利于设计工作的优化管理，也不利于设计经验的累积。这使得对工装设计人员的知识结构要求越来越高的同时，也对工装标准化提出了更高的要求。

为解决上述问题，并传承工装设计思路和工装结构设计方法，使工装设计人员把精力从繁琐的工作中解脱出来，我们必须开展工装标准化设计研究，针对工装典型结构特点从工装设计标准化出发，提出工装标准化设计新思路。

二、开展工装典型结构标准化的意义

为缩短工艺装备设计周期，减少重复设计、制图工作量，统一工艺装备制造和工艺方法，应开展工艺装备结构的典型化工作，工艺装备典型结构是指将常用的，经过实际生产、使用考验的工艺装备结构编制成典型结构。在专用工艺装备中，由于许多钣金零件具有相似性，因此成型零件的模具结构都非常相似，也是典型结构应用最多一类工艺装备。但在数字化环境下，由于所有的工艺装备设计资料都保存在计算机系统内，可以随时查看和存取，重复使用，随着专用工艺装备设计数据的积累，工艺装备的设计将可以对已有的设计资料进行查阅分析，选择最相近的工艺装备模型进行修改设计,从而提高工艺装备的设计速度。

在数字化环境下，建立参数化的典型结构对于工装的快速设计很有必要，通过典型结构可以规范设计，但由于工装种类繁多，每一项工装因功能要求不同，设计思路不同，结构差异很大，尤其是对典型结构的确定以及参数化建模的约束条件的建立，需要对各类工装有全面的了解和丰富的建模经验才能完成，从企业角度来看，可以通过对现有大量工装的结构进行分析，归纳出相同或相似的结构考虑进行参数化建模，从而形成企业的典型结构用于工装的快速设计。随着工装标准件、通用件和典型结构库的不断完善，工装设计更象以搭积木的方式完成工装的组装设计。

三、工装结构典型化的方法

工装结构典型化是实现标准化的前提。为缩短工装设计周期，减少重复设计与制图，统一工装制造和工艺方法，减少二类工装（用于制造工装时所使用的工装），应开展工装结构典型化工作。工装结构典型化一般有以下几种形式：

a）“无图设计”

无图设计是指工装的主要结构已经实现标准化或典型化，设计专用工装时，只需设计与被加工零件有关的部分，其余部分采用标准和典型结构的一种设计方法。如：冷冲模，模架已经标准化，设计专用冷冲模时；只要给出刃口部分的尺寸和选择相应的模架就完成了一套模具的设计。

b）“盲图设计”

盲图设计是指将带有空白尺寸线的工装总图和零件图预先印制好，设计专用工装时，只需填上所需要的尺寸就可以发图。如：专用钻头、扩孔钻、铰刀、铣刀等一般都采用这种设计方法。

c）“典型结构设计”

典型结构设计是指将常用的，经过实际生产、使用考验的工装结构编制成工装典型结构。如：模具中的型胎，复合模典型结构；机床夹具中的钻模典型结构、螺旋夹紧典型结构和定位机构典型结构等。设计专用工装时可参照典型结构进行设计，不需重新考虑这些工装的结构。

四、工装典型结构标准化的实施

1、范围及分类

通过对工装典型结构设计标准化进行充足的论证，将工装设计中常用的、有创新的、成熟的工装结构进行归拢，针对影响设计质量和制约科研生产任务的瓶颈问题展开专题研究和讨论。把型号研制中的新结构作为工装设计结构研究重点。在此基础上，确定工装典型结构标准化设计的范围。其中包括机床夹具、模具、装配夹具、地面设备等作为工装典型结构标准化设计的辅助设计支撑。例如：机身类框装配夹具、门装配夹具、口盖装配夹具、壁板类装配夹具、机翼类的对合夹具、梁类夹具、地面设备的导向机构典型结构、模具的落压模典型结构、型材检验模典型结构、工刀量具的轴承安装类典型结构、标准量规类等。

2、工装典型结构标准化设计工作思路

2.1 设计规范化

典型结构的设计规范化工作，是工装典型结构标准化设计工作的重点。我们的思路是组织各专业经验丰富的技术骨干按照编写规则，将工装典型结构提升为企业标准，对工装的功能、特点、种类、设计和使用要求及注意细节配以图片进行详细说明，并通过讨论和评审，固化典型结构的形式，以标准文件来约束工装典型结构的设计工作，实现其设计的规范化。以规范工装的优化设计，确保各类工装的良好使用性和经济性，避免重复设计的混乱，缩短设计周期。需要说明的是，不同的典型结构规范化设计要点是有区别的，需根据不同类典型结构特点制定相应的设计

标准。

2.2 要素通用化

产品在零部件结构、形状、尺寸、功能或技术等要素上具有相似性的技术特征，若按一定规律对它们进行统一化设计，实现局部通用，供工艺装备设计选用，可以大大减低设计成本。例如：规范加强窝、减轻孔、型材下陷等通用结构要素，以标准的形式固化、以标准制图表达、在制造中以典型工艺规程生产，可以减少设计及制造的工作量，便于简化加工方法和先进技术的同时采用，有利于专业化批生产。

2.3 结构系列化

以具有代表性的典型结构为基础，进行系列工艺装备设计，组成同一系列不同尺寸参数的工艺装备，并在此基础上派生变型系列工艺装备。根据产品结构要素、加工方法和工艺尺寸，经过统计和分析，对结构相同的零件建立一些典型结构，在设计同类工艺装备时参考选用，不需重新设计。如：模具中的型胎，复合模、冲切模、渐进冲模典型结构；机床夹具中的钻模、螺旋夹紧、定位机构支承形式典型结构等。因此，归类与分档成为完成设计工作的基础性工作。归类，即编制工艺装备系列型谱。将工艺装备按照用途和结构形式等特征分类，把同类型的工艺装备归并在一起，通过比较分析，选优定型，使工艺装备的品种在典型化的基础上统一简化；分档，即编制工艺装备主要参数系列型谱，将同类型工艺装备中的主要尺寸和参数，按优先数系理论进行合理分级，使工艺装备规格在满足广泛需求的基础上经济合理、统一简化，实现协调配套。

五、工装典型结构标准化的发展趋势

1、轻量化设计

a）采用轻质材料，如铝合金、碳纤维复合材料等，减轻工装重量，提高操作的便捷性和效率；

b）结构优化设计，通过拓扑优化、有限元分析等方法减少不必要的材料使用，进一步减轻工装重量。

2、模块化与可重构性

a）设计可互换性的模块，使得工装能够适应不同型号和规格的航空部件制造和装配；

b）提高工装的可重构性，以适应不同工艺需求和生产变化，减少更换和调试的时间。

3、人及工效与安全性

a）优化工装的人机界面设计，提升操作人员的舒适度和工作效率，减少疲劳和误操作；

b）加强工装的安全性设计，防止在操作过程中发生意外，提高工装的使用安全性。

3、可持续发展与环保

a）采用环保材料和工艺，减少工装制造和使用过程中的环境影响；

b）推广工装的循环利用和再制造技术，提高资源利用率，降低成本。

六、结束语

航空产品工装典型结构标准化设计能明显地提高工装的设计效率及质量，必将成为航空产品工装设计及制造的趋势。开展工装典型结构标准化设计是切实可行，并具现实意义的工作。这将是厂际协作、数字化技术等新形势下工装设计及制造的需求，也是标准化工作者的新机遇。