液压泵的前盖组件装配工装设计

液压泵的前盖组件装配工装设计【摘要】工装，即工艺装备：指制造过程中所用的各种工具的总称。包括刀具、夹具、模具、量具、检具等，工装为其通用简称。装配作为一件产品成型的最后一道工序，至关重要。如果在装配过程中，由于装配员工操作不当，使得一些零件损坏，或者装配不到位导致整件产品性能不合格等，这无疑会造成我们的生产损失。而本次设计的目的即是辅助装配员工更好地完成装配工作，减少一些可避免的人为因素的生产损失，提高生产效率，保证产品质量等。关键词：工装；工艺装备；设计；液压泵；柱塞泵；装配

目录TOC\o"1-2"\h\z\u目录 2引言 3一、 影响本工装设计的必要装配步骤分析 41. 主轴组件的装配分析 42. 前盖组件的装配分析 43. 主轴组件、前盖组件与壳体的装配关系 5二、 对前盖组件装入前后的状态分析 71. 前盖组件装入前的产品状态 72. 前盖组件装入后的产品状态 8三、 工装定形及图纸绘制 101. 确定工装的外形 102. 工装CAD图纸绘制 12四、 工装的修改和确认 181. 外形修改 182. 细节修改 19总结与展望 20致谢 21参考文献 22引言本论文是本人在苏州力源液压有限公司，顶岗实习期间完成的一项工装设计。力源液压主要生产液压件、液压系统及其成套设备等，同时兼具汽车零备件的研制、开发等。本人在苏州力源液压有限公司生产运营部-装试部门的工艺岗位实习，该部门的工艺人员主要负责装配和试验区域的工艺文件编辑，工艺装配的设计以及对现场问题进行处理等。本论文是针对该企业生产的其中一个类型产品的前盖组件与壳体的装配过程进行优化，即设计一个工装，以提高前盖组件与壳体的装配效率，并且保证装配质量。本论文首先是对与这次设计相关的该产品的必要装配过程进行分析，分析总装时，前盖组件装入壳体之前，已经执行的装配步骤，以及相关的各组件的部装装配过程的分析。了解必要的装配过程之后，即可根据前盖组件与壳体装配时的状态，得出本次设计的工装需要具备的条件和工装的大致雏形。接下来就是考验我们读图能力的时候了，对相关零件的零件图进行尺寸分析。尺寸公差的选择，也是决定工装是否成功的重要指标之一。最后就是根据尺寸要求及加工过程的实际考虑，对工装进行修改。此次的顶岗实习，正是一个难得的可以将理论与实际相结合的好机会。就像有了实物的对比，帮助自己更快读懂图纸，得到锻炼的同时，也提高了自己的读图能力。这也更加深刻体会到理论与实际结合的重要性。影响本工装设计的必要装配步骤分析经过对该产品的装配过程跟踪，得到与本工装设计相关的组件有：主轴组件、前盖组件、以及在将主轴组件和前盖组件装入壳体之前，对壳体的装配。主轴组件的装配分析在装配主轴之前，先确认所需零件物料是否齐全，本部装所需的零件有：主轴、满滚子轴承|NUP50×90×23、轴用弹性挡圈-A型|GB894.150。再检查各零件的外观，是否有油污、锈蚀、磕碰伤、划伤、漏加工等，如有影响质量问题的缺陷，记录问题并及时通知质量负责人员对不合格零件进行处理。如图1-1所示，将套筒工装放置在压装平台上，是其开口朝上。以此放入满滚子轴承和主轴，使用压机将满滚子轴承压到底，完成压装后检查满滚子轴承是否压装到位。将主轴从套筒内取出，翻转，主轴的轴承下方有卡簧槽，使用曲口卡簧钳将轴用弹性挡圈卡入卡簧槽内，然后左右转动一下，确保轴用弹性挡圈完全装入卡簧槽。完成主轴部装。图1-1主轴部装前盖组件的装配分析前盖组件部装需要的零件有：前盖、骨架油封|WASY55-72-8。检查骨架油封内圈壁有无划痕。如图1-2所示，取油封压装座放置在压装平台上，将前盖放置在压装座上，前盖的内圈刷上一层液压油。取油封压头工装，将骨架油封放入压头，主义油封的放置方向，应将油封有开口的一面朝下。再讲装好油封的压头翻转放入前盖，启动压机，将骨架油封压入前盖。完成压装后，取出前盖组件，检查油封是否在压装的过程中有损坏以及油封是否压装到位。检查无损坏且油封压装到位后，完成前盖组件的部装。图1-2前盖部装主轴组件、前盖组件与壳体的装配关系在装入主轴组件和前盖组件之前，需要先完成壳体上的零部件的装配：检查壳体的外观，有无油污、锈蚀、磕碰划伤、漏加工等，确保无质量问题。如图1-3所示，将壳体放入生产线上的托盘，摆放时，使标牌孔朝向自己，以便后续的装配。取此产品对应的产品标牌，按照图纸要求将产品标牌和转向标牌安装于壳体上的标牌孔。图1-3壳体标牌安装完成必要的部装后，接下来进入总装，即与本次设计相关的装配部件。装入主轴组件如图1-4所示，将生产线托盘上的壳体翻转，壳体尾部放入主轴辅助压头工装，在内壁刷一层液压油。将组装好的主轴组件放入，再放置好主轴压头，启动压机，是下压缸伸出，直至主轴压装到位，下压缸收缩，完成主轴压装。取出压装工装，检查主轴是否压装到位。图1-4装主轴组件装入前盖组件这一装配步骤即为本次工装设计的研究对象。取O形胶圈，均匀涂抹液压油，放入壳体尾部；将组装好的前盖组件放入，取主轴压头放入壳体尾部，用手压主轴压头，直至到底，使前盖组件下压到位后，取出主轴压头。图1-5装前盖组件取孔用弹性挡圈-A型|GB893.1105，用卡簧钳将挡圈卡入壳体尾部的卡簧槽内，卡入后左右转动一下，确保弹性挡圈完全装入卡簧槽。完成前盖组件装入壳体这一总装步骤。对前盖组件装入前后的状态分析本此的设计研究对象即为前盖组件，所以对前盖组件装入壳体前后的状态进行分析：前盖组件装入前的产品状态根据图2-1的产品总装图纸及上文的装配过程分析，壳体尾部内壁与前盖之间有一个O形胶圈，为防止O形胶圈被切伤而影响产品的密封性，所以在装配时，先放入O形胶圈在壳体尾部，再将前盖压入。此时O形胶圈被挤压填充于壳体与前盖的空隙中，而装入弹性挡圈后，限制了前盖往壳体外部的运动，保证了产品的密封性。图2-1产品总装图对装入前盖组件这一步骤进行分解，可分为前盖组件“准备装入”和前盖组件“装入进行时”两个过程。前盖组件“准备装入”为前盖组件穿过主轴花键直至组件上的骨架油封内壁面抵达主轴油封面的前一刻的过程；前盖组件“装入进行时”为组件上的骨架油封内壁面与主轴油封面从开始接触到前盖底面与壳体抵到的整个过程。本论文研究的对象即为前盖组件的“装入进行时”这一过程，因为在这个过程中，存在着O形胶圈被切的风险以及装配费时费力。查阅产品壳体和前盖的零件图，如图2-2、图2-3，由壳体零件图中的φ105.5+0.20和φ105+0.05+0.02两个尺寸，及前盖零件图上的φ105e7(-0.072-0.107)可知，“装入进行时”这个过程在理想状态下，前盖组件上的骨架油封内壁面与主轴上的油封面始终接触；而前盖的φ105e7(-0.072-0.107)这一尺寸的凸台侧面开始进入到壳体的φ105+0.05+0.02这一尺寸的孔后，前盖与壳体才开始接触。图2-2壳体零件图图2-3前盖零件图综上，前盖组件装入时，“装入进行时”的前一刻，即骨架油封内壁面抵到主轴油封面的倒角处。前盖组件装入后的产品状态由产品的总装图纸可知，前盖组件装入后，前盖是抵到壳体尾部端面的，而主轴油封面的端面与壳体尾部几乎持平。查看前盖零件图纸（图2-3）和主轴零件图纸（图2-4），主轴的油封面长度为15±0.1，前盖的整体厚度为14+0.50，所以前盖的左侧端面低于主轴油封面左端面大约1mm。图2-4主轴零件图工装定形及图纸绘制通过上文对前盖组件的装配分析和装入前后的状态分析，在装前盖之前，主轴组件上的满滚子轴承已装入壳体尾部的通孔，查看壳体的零件图（图2-2），得知壳体上装轴承的孔直径为φ90+0.004-0.018，所以壳体上轴承孔直径的上极限尺寸为φ90.004，下极限尺寸为φ89.982；查看轴承的规格为NUP50×90×23，即轴承的外径为φ90，此处轴承无公差。作出两个尺寸的公差带图，如图3-1，根据壳体尾部孔与轴承的公差带图，可知两者的配合关系为过渡配合。图3-1公差带图确定工装的外形工装的长度尺寸结合上文中对前盖组件装配过程的分析，以及对前盖组件装入前后的状态分析，得到工装的初步大致形状，如图3-2所示。我们已经对前盖组件的装配过程进行分析，在理想状态下，前盖组件、主轴组件和壳体尾部通孔，三者的中心轴是在同一条直线上的，是重合的。而相对运动是指某一个物体对另一个物体而言的相对位置的连续变动，即此物体相对于固定在第二物体上的参考系的运动。所以从相对运动的角度来看，前盖组件的整个装入过程，其实就是前盖组件的中心轴沿着主轴组件和壳体尾部通孔的中心轴运动的。那么在现实情况下，要尽可能实现这一点，就必须让工装本身就具有中心轴沿着主轴组件和壳体尾部通孔的中心轴相对运动这一特性。所以在设计该工装时，特别设计了图3-2中的W孔，其孔内壁设计为与主轴相配合的花键，在装配过程中起到了导向作用。再通过控制图3-2中的Z面与孔中心轴的垂直偏差，达到了前盖组件在装配过程中沿着主轴与壳体的中心线相对运动的目的，避免了前盖组件倾斜而导致的装入卡顿甚至影响产品的气密性等情况。而图3-2中Y孔与W孔的长度L1与L2，也需要结合产品装配的真实情况决定。其中，Y孔长度L1需满足的条件为：在前盖组件与主轴的油封面接触之前，工装就已经达到了导向的作用。因本工装使用时是采用敲击的方式，敲击部位为W孔的左端面，所以在前盖组件完全装入后，主轴花键不能伸出W孔外，并且低于W孔口因敲击而变形的范围，以确保工装不干涉到产品零件；当然，为保证工装在使用的过程中始终具有导向作用，在前盖完全装入后，主轴花键部分依然在W孔内且有足够的长度，即为W孔的长度L2需满足的要求。图3-2工装的初步大致形状如图3-3尺寸分析稿，图中的长度a为前盖组件与主轴油封面接触前，前盖与主轴末端的距离；长度b为前盖组件完全装入后，前盖与主轴末端的距离。根据前文中对前盖组件装入前后的状态分析，可计算出长度a=（主轴油封面左端面到主轴A处花键左端面的距离+主轴油封面的倒角距离）-（前盖的孔φ58+0.20的壁厚+骨架油封的厚度），骨架油封的规格为55-72-8，所以油封的厚度为8mm，即长度a=（346-264-15+1）-（14-11+8）=57mm；长度b=主轴油封面右端面到主轴A处花键左端面的距离-前盖的总厚度，即b=（346-264）-14=68mm。图3-3尺寸分析稿根据以上分析，可知本工装非常重要的一点具有导向作用，而直接起到导向作用的前提是，主轴花键部分已经进入到W孔中且有足够的接触长度；而W孔与Y孔之间的关系为连续的台阶孔，所以在适当的范围内，缩短Y孔的长度L1，加长W孔的长度L2，以便达到前盖组件与主轴油封面接触前，主轴花键与W孔有足够的接触长度的目的。如此，本工装既能实现导向作用，又不会因敲击导致的工装变形影响到产品本身。综上所述，W孔在前盖组件装入前后，均需与主轴的花键保证有效的接触长度，此时我们让前盖组件装入前后的状态下的工装与主轴重叠部分长度均大于10mm，以确保两者之间有足够的有效接触长度，保证工装始终具有导向作用。即图3-3中的L1即图3-2中Y孔的长度L1需小于前盖组件与主轴油封面接触前前盖与主轴末端的距离a，且具有有效接触长度，即L1+10<a，上文已计算出a=57mm，即L1+10<57，所以L1<47；图3-3中的L3即为工装的总长度，需大于图3-3中前盖组件完全装入后前盖与主轴末端的距离b，且具有有效接触长度，即L3>b+10，已知b=68mm，即L3>68+10，所以L3>78；两者需同时满足。工装的直径尺寸图3-2中的Z面为圆环面，与前盖接触。查看图2-1中的产品总装图，已知前盖组件装入的注意点即为O形胶圈，所以让Z面与前盖接触的部位尽量靠近前盖的O形胶圈槽。查看前盖的零件图，即Z面的圆环面与前盖接触的部分在φ105e7(-0.072-0.107)与φ85之间的圆环面内，两边留有一定的空余，所以Y孔直径的基本尺寸取φ88，Z面的外部圆直径基本尺寸取φ98。W孔处设计为与主轴花键相配合的内花键，所以只需与主轴的花键的信息相匹配即可；内花键套筒保有一定的壁厚，查看主轴的零件图纸，主轴A处花键的分度圆直径为φ41.275，花键套筒壁厚保5mm左右，所以外壁直径尺寸取φ50。工装CAD图纸绘制本次用到的绘图软件为ZWCAD，也称中望CAD。中望CAD是中望软件自主研发的第三代二维CAD平台软件，凭借良好的运行速度和稳定性，完美兼容主流CAD文件格式，界面友好易用、操作方便，帮助用户高效顺畅完成设计绘图。支持云移动办公，通过第三方云服务，配合中望CAD派客云图实现跨终端移动办公解决方案，满足更多个性化设计需求。图3-4ZWCAD图标双击打开ZWCAD，软件自动新建文件Drawing1.dwg，画面如图3-5。界面最上一栏为工具栏，往下两行为文件的快捷操作键和画图界面的图形特征键。界面左侧为建立图形特征的工具栏，右侧为对图形特征的修改工具栏。最右侧则为图纸的一些信息，如果选中某一图形特征，此界面也会显示该图形的基本特征信息。界面下方为命令输入框。最下面一行为画图界面特征显示的快捷键。图3-5CAD新建画面新建文件后，首先建立绘图界面的界限，如图3-6所示，在软件界面下方的命令框内输入“limits”，按键盘上的回车键，命令框内则会提示输入第一的角点的位置信息，我们通常用坐标形式建立。我们已经基本确定了工装的外形尺寸，根据上文中对工装的尺寸分析，我们需要的是A3图纸，所以建立绘图界限时也按A3图纸的大小建立。如图3-7、图3-8所示，依次输入A3图纸斜对角的两角点坐标。图3-6建立绘图界面的界限图3-7输入第一个角点的坐标图3-8输入其他角点坐标接下里绘制图纸框，首先打开界面最下方的显示线宽命令，如图3-9。然后在界面最上方的工具栏里点击“绘图”，选择“矩形”，在命令框内输入A3图框大小的两坐标点（0,0）、（420,297），即得到图纸框的外边框。在界面右边的工具栏中，点击偏置命令，如图3-10，选中矩形，在命令框内输入距离5，按回车键，得到图纸双框线。接着插入表格，如图3-11，将表格放在图框的右下角，建立图纸的基本信息栏，这样就完成了图纸框的绘制，完成的图纸框如图3-12。图3-9打开显示线宽命令图3-10启用偏置命令图3-11插入表格图3-12图纸框在绘制图纸之前，要建立图层，图层可以帮助我们区分不同类型的线型，也方便我们在检查图纸时，隐藏部分特征，便于查看。在绘图界面打开图层管理器，弹出对话框如图3-13，点击图中的“+”添加建立新的图层。通常情况下，对线型的区分有以下几类：粗实线、细实线、中心线、虚线和尺寸线，由于中心线和尺寸线不属于正式图形，所以一般作颜色区分，虚线处于看不见的线型，所以一般也会作颜色区分。新建立好的图层如图3-14。图3-13图层管理器图3-14新建图层做好以上准备之后，就可以开始根据需求选择相应的特征命令图画了。图纸绘制完成之后，再加上需要的加工工艺与注释，一份完整的图纸就完成了。接着就是将CAD图纸转换为PDF格式。如图3-15，点击图中的打印命令，即弹出“打印-模型”对话框。如图3-16所示，按需求选择相应命令：我们要的是PDF格式的图纸，所以“打印机/绘图仪”—“名称”框内选择“DWGTOPDF.pc5”，打印范围选择“窗口”，勾选“居中打印”，打印样式表选择“Monochrome.ctb”，勾选“打印对象线宽”与“按样式打印”，根据我们的图纸方向，“图形方向”选择“横向”；然后点击确定即可，或者如果担心打印的不是自己想要的效果，也点击“预览”查看打印效果。图3-15打印功能图3-16打印对话框如图3-17为打印成PDF格式的工装图纸初稿，根据上文分析的，L1<47，L3>78,所以在画图时，这两个长度分别选择了44mm、85mm；Y孔的基本尺寸为φ88，此处我们添加了±0.05的公差；Z面外部基本尺寸为φ98，给了-0.05的上偏差，-0.1的下偏差；W孔位置原本是设计为与主轴A处花键相配合的内花键，但在画图过程中，考虑到花键加工难度大，为降低加工难度减少成本，将此处的内花键改为通孔，查看主轴A处花键大径为φ43.71h11(0-0.19)，该孔依然需要保证具有导向作用，所以基本尺寸为φ43.8，上偏差为+0.02，下偏差为0；外壁尺寸为φ74；由于本次设计的工装，最主要的作用是将前盖尽可能保持水平装入和导向作用，所以Z面设置形位公差与中心轴的垂直度偏差不大于0.02，W孔设置形位公差与中心轴的同轴度偏差不大于0.02；在容易应力集中的地方加了相应的倒角R3与C5；另外，W孔的左端面作为敲击面，后期会变形，所以在孔口做到斜倒角设计。图3-17工装图纸初稿如此便完成了设计工装的初稿。工装的修改和确认在第三部分中，我们已经完成了工装的初步设计，以及初稿图纸也绘制完成，但初稿一般是达不到我们的理想状态的，将初稿图纸给有丰富设计工装经验和加工经验的师傅们看过之后，提出了意见和建议，接下来就针对师傅们提出的不足点进行修改。如图4-1为修改后的工装CAD图纸，已确认为最终版本。图4-1最终版工装图纸外形修改对比图4-1最终版工装图纸与图3-17工装图纸初稿，外观看似变动较大，但其实使用原理是一样的。首先，最明显的变动是将初稿中的W孔位置进行封顶，对比初稿的开放孔口，即使做了倒角，长期的敲击依然会导致工装孔口变形，使用的时间长了，对装配还是会有一定影响的；而将通孔取消，采用孔口封顶的方法，避免了由孔口处变形而造成的影响。其次，在W孔底做了退刀槽设计，因为这个孔是与主轴花键大径相配合的，并且需要保证具有导向作用，所以W孔的加工精度需要得到保证，而退刀槽可以让刀具加工到整个W孔从而保证加工精度。另外，W孔的末端做了15°斜倒角设计，工装放到位时更容易让主轴进入到W孔内，其实就是给了主轴一个引导作用。W孔的长度也加长了，相应的也就将Y孔的长度缩短，直接将W孔与主轴花键的接触长度尽可能最大化，为工装具有导向作用作保障。最后,初稿中的Z面与亲爱的接触面有所更改，如图4-2为前盖的全剖视图，初稿中Z面与前盖的接触面为图中标记的红色F面，改良后将工装与前盖的接触面改为图中标记的绿色R面，这样不仅不会影响前盖的装配，而且还可以减轻工装的重量，同时尺寸改小后选取更小的毛坯料以减少浪费和降低成本。图4-2前盖剖视图细节修改在图4-1最终版工装图纸中，除了给主轴起到引导作用的15°斜倒角之外，其余倒角均为R角。在敲击部位边缘做R角，工装外部光滑，使用时不容易受伤，且减轻工装变形程度。如图4-3所标记的两处分别为W孔与Y孔连接处、两孔外壁的连接处，这两处是很容易造成应力集中的，必须增加倒角来消除应力集中；图中标记的“1”处在初稿中即为R角，“2”处为C角。相比C角，R角比C角具有更强的韧度，且R角相对更美观，所以保留“1”处的R角，将“2”处的C角改为R角。图4-3最终图纸的倒角标记最后，由于工装使用时要进行敲击，所以需具备足够的硬度，要求为HRC30～35。为防止工装生锈，要求对其进行发蓝处理。总结与展望顶岗实习从2021年7月1日开始，到现在快九个月了，感觉自己变了好多。周围也不再是简单的校园生活，少了校园时期的惬意与随性，多了对生活的态度，以及对工作的责任。实习前期，我处于一个非常懵的状态，整个人都不知道每天要干什么，即使一开始是怀揣着兴奋与好奇，也被这种迷茫的状态冲淡了。这种状态大概维持了一个月，当时感觉这一个月非常难熬，但现在来看，那都是成长的一部分。这就九个月以来，真的经理了很多，也成长了很多。直到现在，工作占满了生活，虽然很充实，但也很累，可反过来一想，虽然很累，但也很充实。在