非标设备及工装 - 图文

北京工业大学毕业设计（论文）

摘 要

在经济全球化和市场经济不断深入发展的大背景下，工业企业能否在日趋激烈的社会竞争中发展，取决于产品的质量以及企业的生产效率。大多数的生产型企业的生产线远远没有达到自动化或者半自动化得程度，流水线的产品多数靠人工进行生产或者装配。尤其是产品属于装配型的产品，如：工业开关、断路器、汽车座椅等企业，人工的装配效率低、产品质量也无法保证。通过针对流水线上的每个工位及工序设计合理的工装或者自动、半自动的设备进行辅助人工或者代替人工进行装配生产可以大大提高企业的生产效率以及产品的质量。

关键词：装配；半自动；生产效率

Abstract

In the background of economic globalization and market economy development, industrial enterprises can develop in the increasingly fierce social competition, depending on product quality and the production efficiency of enterprises. Production enterprises most of the production line is far from automated or semi-automated level, the majority of products pipeline by manual production or assembly. Especially the product belongs to the assembly type products, such as: industrial switches, circuit breakers, car seats and other enterprises, the assembly efficiency of artificial low, product quality can not be guaranteed. Through each station and process design for assembly line on the reasonable tooling or automatic, semi-automatic equipment in auxiliary artificial or instead of manual assembly can greatly improve production efficiency and product quality.

Keywords: assembly; semiautomatic; production efficiency

I

北京工业大学毕业设计（论文）

目 录

摘 要 ...................................................................................................................................... I 目 录 ...................................................................................................................................... I 1 绪 论 ................................................................................................................................. 1

1.1课题背景 ................................................................................. 错误！未定义书签。 1.3论文结构 ................................................................................................................... 1 2非标设备及工装 .................................................................................................................. 1

2.1非标设备 ................................................................................................................... 1

2.1.1 非标设备的特点 ........................................................................................... 1 2.1.2非标设备设计与制造的效果和效益 ............................................................ 1

2.2非标设备的设计 ........................................................................................................ 2

2.2.1 设计的特点 ................................................................................................... 2 2.2.2 合理性要求 ................................................................................................... 2 2.2.3 设计要点 ....................................................................................................... 2 2.2.4 标准化工作 ................................................................................................... 2 2.3非标设备的制造 ....................................................................................................... 3 2.3.1 制造要求 ....................................................................................................... 3 2.3.2 生产计划需要注意的事项 ........................................................................... 3 2.3.3 有效的策略 ................................................................................................... 3 2.4工装 ........................................................................................................................... 3

2.4.1 工装设计要素 ............................................................................................... 3

2.4.1.1设计前的准备工作 .............................................................................. 4 2.4.1.2 绘制总图 ............................................................................................ 4 2.4.1.3 拆绘零件图 ........................................................................................ 5 2.4.2 材料的选择 ................................................................................................... 5

2.4.2.1 使用要求 ............................................................................................ 5 2.4.2.2 工艺要求 ............................................................................................ 5 2.4.2.3 经济性要求 ........................................................................................ 5

3 热熔机的设计及使用说明 ................................................................................................... 6

3.1概述 ........................................................................................................................... 6

3.1.1功能描述 ........................................................................................................ 6 3.1.2通讯与控制 .................................................................................................... 7 3.2使用说明 ................................................................................................................... 8

3.2.1保护措施 ........................................................................................................ 9

II

北京工业大学毕业设计（论文）

3.2.2常用备件清单 ................................................................................................ 9 3.2.3 维护以及常见故障 ....................................................................................... 9

3.2.3.1常见故障 ........................................................................................... 10

结论 ......................................................................................................................................... 10 致谢 ......................................................................................................................................... 10 参考文献 ................................................................................................................................. 11 附录 ......................................................................................................................................... 12

III

北京工业大学毕业设计（论文）

1绪 论

1.1课题背景

非标设备，即非标准设备，是指在设计制造方面不是按照国家颁布的统一的行业标准和规格制造的，而是依据自身的用途需要自行设计、制造用来提高生产效率，不在国家设备产品目录内且没有形成标准的非通用的性设备。在日趋激烈的市场竞争环境下，工业企业纷纷进行体制的技术革新，用微机控制的自动化或者半自动化设备取代人工操作，对于非标设备及金属结构制作工程的需求也随之增大，被广泛的应用于石油、化工、能源、冶金、有色金属等行业中，如何做好非标设备的设计与制作成为了相关单位和人员共同关心的一个问题。

本论文共分两个部分，第一部分是非标设备及工装的设计及制作制作要点的介绍。 第二部分是我工作中的工装设计实例。

2．非标设备及工装

2.1 非标设备

非标设备主要范围囊括了：工作原理、机械性能、电气控制与已有的定型机械产品雷同，但在技术规格和参数上不同于定型的机械产品标准：机械性能、工作原理皆有创新的新产品：为满足生产工艺的特殊需要的专用设备：以及防止、引进的设备等。对于非标设备的具体介绍可以从以下几个方面进行探讨： 2.1.1非标设备的特点

非标的生产都是以单件生产以及小批量生产，对相关的设计和制造人员有这经验和技术上的要求，相较于普通的设备来说，非标设备具有以下特点：非标设备的毛坯精度低，加工余量大：非标设备一般用机床进行加工，生产效率低成本较高对技术和经验都有着很高的要求。

2.1.2非标设备设计与制造的效果和效益

非标设备设计与制造的效果是指非标设备在实际使用过程中的技术性能、生产效率和可靠性等方面的综合评价：非标设备设计与制造的效益则是指非标设备作为商品的经济价值和使用非标设备可以获得的经济效益。由于设计的效果和效益是衡量非标设备设计制造成败的主要标准，因此，相关企业需要克服盲目追求先进技术而忽略效果和效益

1

北京工业大学毕业设计（论文）

的观念，从良好的的效果和效益上来吸引更多的顾客群体，创造出更好的经济效益。

2.2非标设备的设计

非标设备设计人员的设计观念和设计方法都会随着市场经济和社会分工的发展而不断更新，依据客户指定的非标设备各类技术参数进行图纸设计和工艺设计。 2.2.1设计的特点

非标设备在设计方面，主要采用非标设备中国标准体系和ＡＳＭＥ标准体系，遵循一次薄膜应力或最大直接应力不得超过许用应力的原则；在安全系数上，非标设备的设计主要考虑应力集中及其类型，应力评估方法的复杂程度，材料的不均匀性，几何因素，焊接接头中存在的缺陷等因素；在材料选择上，内部集输系统中非标设备的受压元件主要选择优质碳素钢，而当外输系统和内部集输系统中的压力容器的压力较高时则会选择低合金钢。 2.2.2合理性要求

在进行非标设备的设计工作时，除了要考虑从设计是否满足客户和生产需求外，还要考虑非标设备的结构是否合理，是否安全稳定，易于加工制造和安装维护。为此，设计人员要严格执行有关标准规范，全面了解非标设备的工艺要求，物理参数以及功能等，还要进行多方案的比选以确定最佳方案。另一方面，设计人员要重视非标设备部件设计的合理性，在进行设计是要校零件是否满足刚度，强度等方面的要求，还要合理选择零件的材料，配合种类以及加工方法。 2.2.3设计要点

在非标设备的设计上，需要注意许多的问题，比如：首先，在标准零部件的选择上尽量采用成品件，以便有效降低非标产品在原材料消耗，管理费用，成品率，劳动生产率等方面的成本。当然，采用成品件还能使设备在投入市场后有更好的可靠性，能延长设备的设计制造周期，提高设计效率；其次，非标设备的设计还要在满足工艺设计条件的基础上，认真研究设备的技术方案，确定先进，合理且运行稳定的非标设备；最后，在非标设备的设计中还应秉承人性化的设计理念，反复衡量设备的使用是否符合工人的使用习惯，要多注意一些细节问题。 2.2.4标准化工作

在设计工作中实现标准化是促进设计工作顺利开展，利于引进和吸收国外先进技术的体制前提。设计工作的优良与否，直接关系到非标设备的水平和质量，标准化的设计工作要拟定严格的设计程序，有条理地进行论证技术方案，设计施工图纸，审查工艺性能和标准化程度等。在图样及设计文件的标准化上，要校核其是否符合国家相关规定，对名词，术语，符号，幅面，格式，名称，代号等方面仔细审查，严格贯彻设计工作的

2

北京工业大学毕业设计（论文）

相关标准和规范。

2.3非标设备的制造

非标设备的制造是一项协作严密，分工精细的工作，需要有周密而统一的计划进行指导和控制，具体可以从以下几方面入手来保证非标设备制造的顺利进行。 2.31制造要求

对于非标准设备的制造要求，可以从中国标准体系和ＡＳＭＥ体系来进行分析，根据中国标准体系，对压力容器纵焊缝应制作焊接试板，制取试样进行拉伸，冷弯的必要的冲击试验，并对一定范围内的压力容器进行制备焊接试板，以确保焊接接头和其他受压元件的弯曲性能和力学性能符合相关标准和规范；根据ＡＳＭＥ体系，则不要求对焊接工艺合格的设备不要求制焊接试板，只有在规定范围内的如焊接接头系数不大于０.８的压力容器等则要制备焊接试板。 2.3.2生产计划需要注意的事项

非标设备的制造具有单件，定制以及一次制造的特点，其的定制生产活动须在周密，统一的计划的指导下才能进行，而目前的非标设备制造企业在市场的计划上需要改进一些问题，如对单台非标设备生产的总体计划性不足，各类计划间的协同性不强，对各类生产计划的执行缺乏有效控制等。针对这些问题，设备制造企业需要针对非标设备生产特点制定出科学合理的生产计划。 2.3.3有效的策略

在非标设备的制造过程中，常常会遇到一些关乎技术或管理理念的问题，针对这些问题，企业单位需要根据实际情况采取一些有效策略才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，首先，用普通机床进行单件加工时，可能采用试切法边测量边加工，将孔制成接近最小极限尺寸，其次，要通过结构的严谨安排来提高零件的加工精度，而不要通过人为进行；最后，应适当采用数控加工技术来保证加工质量和缩短制造周期，提高非标设备的制造效率。

2.4工装（工装夹具）

工装又名工装夹具就是产品在生产过程中的工艺装备，它是用来保证产品生产的专用设施。一般工装分为：夹工装、定位工装、装配工装和检测工装，也分为：手动工装、半自动工装和全自动工装。 2.4.1工装设计要素

3

北京工业大学毕业设计（论文）

2.4.1.1设计前的准备工作

1）研究产品零件图及工艺规程（最好有实物对照）上所提出的要求及技术条件必要时参考装配图以连接工件之用途及其它条件之相互关系；

2）明确产品的生产数量；

3）了解所用机床的规程，性能及精度（必要时须到现场观察和测量） 4）查找有无可代用夹具；

5）计算出一些有关设计的数据；

6）参考技术书籍及有关资料上所介绍的结构；

7）参考已有夹具机构，并掌握其使用性能，扬长避短；定出机构方案，并绘制本图。

2.4.1.2绘制总图

1）用假想线按比例（最好是1：1）绘出加工位置及其外轮廓形状； 2）按工艺规程规定的定位及基面绘出定位件和支撑面； 3）按工艺规程规定之夹紧位置绘出夹紧件；

4）按工艺规程要求和需要绘出补导件，测量石和对刀配重等零件；

5）绘出次要零件（如为便于装卸、排屑、供给冷却润滑等装置的组件和零件； 6)总图绘完后按产品要求注出技术条件，检验各部尺寸；

7)依据产品要求对夹具主要零部件按其在工作时磨损情况及其对产品精度的影响，定出磨损极限。

8)总图的投影比例必须正确、明显，具有足够的投影剖面及局部剖面，并避免使图纸模糊的一切虚线；

9)为便于看清图纸，装配和拆卸应将互相配合零件的配合符号注于总图上； 10)总图所注的尺寸公差和技术要求必须保证产品的要求，但不可超原则过高要求致使增加成本和制造困难；

11)在确保产品质量的前提下要求机构简单 ，便于制造和使用； 12)结构既要有足够可靠的强度和刚度，又要考虑轻便适用； 13)大量选用标准件，以缩短设计和制造周期和成本；

14设置安全操作的防护装置；

15设置在机床上找正夹具的基准面（车磨夹具之找正之找正圆或铣类之找正平面） 16)为保证工件之正确安装，必须在可能装错的位置设置障碍销或其他装置； 17考虑加工时之测量方便，在夹具上设以测量基准； 18)对车、磨夹具应考虑工作时之平衡；

19)应考虑夹具对已加工表面做定位和紧固时的保护； 20)应考虑夹具的起卸和搬运方便而设置手柄、吊环等；

4

北京工业大学毕业设计（论文）

21)需拆换和调整的固定销孔应做通。 2.4.1.3拆绘零件图

1)零件的结构应设计成所有需要加工的表面能在机床上进行，尽量避免手工加工； 2)零件用尺寸标注应考虑划线、加工、检验及使用情况，选择基准，正确标注； 3)对所标注出尺寸应检验是否完全，重复或矛盾；

4)零件间相配合的尺寸做好一次注出，以免发生矛盾，装配不上； 5)固定销钉孔应采用组合加工的标注形式，以保精度；

6)零件表面光洁度的正确标注原则：经常与手相碰的外露表面一般△

7)为便于夹具的保养和管理，其外表面应氧化或镀保护层； 8)为确保使用安全，安装体、角铁等应注锐边磨圆； 9)为防止铸件发生变形或断裂，粗加工后应进行人工时效，各部分尺寸差不宜太大，转接处要求圆滑；

10)检验零部件图纸符号、名称、材料、数量、硬度各项是否与总图一致 2.4.2材料的选择

2.4.2.1使用要求（首要考虑）：

1）零件的工况（震动，冲击，高温，低温，高速，高载都应当慎重对待）；

2）对零件尺寸和质量的限制； 3）零件的重要程度。（对于整机可靠度的相对重要性） 2.4.2.2工艺要求：

1)毛坯制造（铸造，锻打，切板，切棒）； 2)机械加工； 3)热处理 4)表面处理 2.4.2.3经济性要求：

1)材料价格（普通圆钢与冷拉型材，精密铸造，精密锻造的毛坯成本与加工成本的对比，）；

2)加工批量和加工费用； 3)材料的利用率；（如板材，棒料，型材的规格，合理的加以利用）

4)替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料，如在一些耐磨部位的套

5

北京工业大学毕业设计（论文）

用球墨替代铜套，用含油轴承替代车削加工的一些套，速度负载不大的情况下，用尼龙替代钢件齿轮或者铜蜗轮等等）。另外，还要考虑当地材料的供应情况

3热熔机的设计及使用说明

3.1概述

本机分为两部分：电控箱+热熔机主体组成。主体部分执行机构采用气动，利用加热管+温控器控制温度恒温。双手按钮启动。下图为主体结构示意图：右边的防护罩可利用螺钉固定于立柱上。图1：

3.1.1功能描述：

将工件正确放置于工装工位后，双手按下气动按钮约0.2秒，直线运动单元启动（此时可松开双手），带动工件进入机台内部，并到达极限位置停下，传感器感应到信号，启动下压运动单元。带动加热头下压，压头（如图2所示）将工件部分压制成设定的形状。保压0.5秒成型后，下压运动单元缩回，磁环传感器动作，启动直线运动单元回到

6

北京工业大学毕业设计（论文）

初始位置，将工件送出，进入下一循环。

图2 图3：平面示意以及成型设定

3.1.2通讯与控制

电箱与主体部分之间的通讯采用一根9芯电缆传递，电箱和主体部分的电源独立，控制部分使用PLC。并安装于电箱。 4、技术参数。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 参数名称 主体尺寸 总 重 量 额定功率 加热功率 工作周期 输入电流 输入电流 控制电压 散热风机 额定气压 额定温度 噪音 单位 mm Kg Kw Kw s Kg db 7

规 格 300(W)x450(H)X500(D) 20 1 0.7 7 交流220V，5A 交流220V，5A 直流24V 直流24V 4 220°C±10°C <70 描 述 含机械主体和电箱 每7秒制作2件工件 电箱 加热与温控 排气 为正常工作温度

北京工业大学毕业设计（论文）

3.2使用说明

1、开机：开机需要接通两个能源：电源和气源。在电箱上有红色指示灯，亮为通电，否则需要使用电箱钥匙打开机箱，合上断路保护器。另外，在主体部分左手边按钮旁还有一红色指示灯，灯亮表明控制回路正常。打开位于主体右侧下方两个加热电源掀钮，（双工位，独立控制）给加热管和温控器通电，其明显标志是温控器有数据显示，并在持续升温。热熔机主体顶部加热防护罩旁边有一气源处理器，含有调压阀和气压表，将旋钮抬起后顺时针转动，调整压力至额定压力，并压回旋钮保持压力。

PS：1）、特别注意：通气后可听见电磁阀动作，带动下压和直线运动机构停在初始位置。

2）、温控器温度显示在36°C以上时，严禁去触摸加热头任何部分或者将手伸入防护罩内。

3）、请注意：防护罩是黑色不透明有机玻璃制作的，可以防止热辐射。 4）、每此开机后，需确认散热风扇正常转动，并处于排气状态。用手背靠近防护罩后侧中部（有很多小孔的部位），能明显感觉到吹风，视为正常。

5）、检查温控器显示是否正常，温控器上有两排数据：上排为当前温度值，下排为预先设定的恒温值。详细的设定方法请参考附件1：温控器使用说明书。另外，加热到预设温度需要大约3分钟。

2、放置工件：放置工件的时候，首先要检查工装槽内是否有异物；其次，工装块上有防呆结构，必须将防呆槽对准工装的凸起部分放置才能保证设备正确工作，同时也能保护压头不被损坏。工件放置于工装槽内的时候，必须注意平整不晃动，工装槽内有磁铁能辅助将工装轻微固定住。

3、启动：

启动前必须核实温控器的当前温度是否在200°C~220 °C之间。必须双手同时按下启动按钮，并保持0.2秒，设备才能启动，启动后可以松开双手。

4、急停：加热防护罩前面板上设有一红色急停按钮，遇紧急情况可拍下急停按钮。注意：在工作循环的任何时候都可以按下急停按钮，直线运动和下压机构都会回到初始位置。但是电源依然是通畅的。修复故障后，如需重新启动设备，需把急停按钮复位。

5、工作循环：每个工作循环过程中，工作指示灯亮。这个过程是自动的，不需要人去干预，但在这个过程中，需要观察设备的运动和设备运转的声音是否正常。

6、关机：首先关掉加热电源，此部分是本设备最为耗能的部分。为节约能源，建议凡是停机20分钟以上的情况，都可以断开此部分电源（加热是很快的，散热到常温在有主动散热的情况下却需要大约40分钟）。电控箱的耗能不到100W，可长时间通电。由于温控器自身工作电源是由电控箱提供的，在关机换班或者维修的时候，可显示出当前加热头的温度，便于监测！

7、电箱和主体之间的通讯连接：我们采用了9芯电缆，注意的是电缆接头是有方

8

北京工业大学毕业设计（论文）

向的，缆线公头有豁口，必须对准设备上母头的凸起位置才能正确插入。另外，公头还有螺母，可拧紧保证接触牢靠。卸下时，可松开螺母，水平拔出公头。不用的时候，盘起线缆放入电箱。

8、电箱带有钥匙，需专人保管。

3.2.1保护措施

1、电箱短路保护：电箱有短路保护器，如有两件短路，会跳闸。排除故障后，合上电箱内的开关即可以使用。

2、防护罩。黑色不透明有机玻璃制作，可防止热辐射，同时将高温部分隔离开，以免误接触伤害操作者。打开保护罩最好确保加热部分处于常温状态。

3、加热防护罩，为不锈钢制作。所有加热控制元件在此箱体内部。后部还容纳了电磁阀，开放式结构，可方便调试气动元件的行程和动作情况。

4、电源独立：可方便检修。

5、机台漏电保护：我们提供了机台的接地线，在机台固定后必须装配上。

3.2.2常用备件清单

序号 1 2 3 3 4 5 6 7 8 7 名 称 温控器 加热管 热电耦 启动按钮 急停按钮 进给汽缸 下压汽缸 电磁阀 电磁阀 接近传感器 规格（型号） 0~1000°C 315W，Φ6.5 0~1000°C 内嵌式 标准 CD85F20-125-C73L CDQ2A40-50DC-A73 SY5220-5LZ-C6-F2 SY3220-5LZ-C6-F2 M8 单位 Pc Pc Pc Pc Pc Pc Pc Pc Pc Pc 数量 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 品牌说明 欧姆龙 NXP自备 THERMO-EST ，NXP自备 AIRTAC AIRTAC AIRTAC AIRTAC 欧姆龙 3.2.3维护以及常见故障

1、本设备采用的是无油汽缸，所以气动部件没有一般的维护工作，只在发出异常响动或者工作无力、锁死的情况需要更换或者维修。

2、电控、以及加热部分，发生故障后，需先阅读附件二：电器接驳原理图才能

9

北京工业大学毕业设计（论文）

开机维修。

3、机械部分的维护：在使用期间，导轨和滑轨每周做润滑维护。用油枪上少量机油即可，任何减摩抗磨的机油都可以。并检查滑轨是否有异物，并及时清理。

4、参考前述的一些注意事项。我公司对非使用损坏的零配件承诺一年内免费更换。

3.2.3.1常见故障：

1）、压制形状不规则。（压头损坏，更换。一般情况下，压头寿命为6~8万次。） 2）、某一工位压制没到位。（压头或者支架部分连接螺钉松动，可拆开防护罩，等压头冷却到常温后拧紧有关螺钉） 3）、任何异常响声，（开机检查是否有运动部件的松动，或者零件损坏） 4）、不工作。(检查是否有机械锁死，检查电路是否通畅)

3.4 热熔机电气图（见附录）

结论

非标设备及工装有别于传统机械设计，非标机械设计有时间性限制，设计周期要短，设计要简洁、准确、安全、可靠及满足客户合理的专业性要求，用户对非标机械的设计往往有许多的要求，包括合理和不合理我们搞设计不光是要站在制造的基础上，还要有创新，但一定要学会继承。现在，全社会都在强调创新，但我们不能一强调创新，就瞧不起原有的东西。通常的创新分为两种，一种就是构成事物旧有元素的重新组合，一种是在旧有元素上加一些新的元素。所以，不管怎样，创新的东西总是含有一些旧有事物的影子是不可否认的。正像哲学中所讲，新事物都是在肯定中否定，否定中有肯定中产生的。

致谢

经过大学最后一个学期几个月的漫长努力与学习，我的毕业设计终于临近了尾声。在此有很多需要感谢的同学和老师。首先最要感谢的人是我的毕业设计指导教师裴巍老师，每周老师都会主动的与我交流毕业设计的进程，及时为我解答毕设的问题。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

10

北京工业大学毕业设计（论文）

参考文献

[1] 汪洋，非标设备设计与制造

[2] 陈世光， 工装夹具设计注意事项

11

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hnlr.html