一种矩阵拼接工装的制造方法与流程

本发明属于加工工装领域，特别是涉及一种矩阵式拼接工装的制造方法。

背景技术：

目前，钣金零件的切割、检验、焊接、成形等工序多数需要使用工装来配合完成制造，其中大部分工装是由大块金属毛坯料通过机械加工的方式制造而成，然而此类工装存在诸多缺点和不足，具体如下所示：

1.工装采用块状金属坯料通过机械加工制造完成，加工周期长；

2.坯料的材料费及机械加工制造成本高，导致整体工装采购费用昂贵；

3.工装重量大，搬运困难；

4.部分工装与零件很难一次性完成配合制造，需反复进行修配并且返修困难，耗时，耽误生产周期；

5.工装占用空间大，不易存放。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种矩阵拼接工装的制造方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种矩阵拼接工装的制造方法，它包括以下步骤：

步骤一：建立所要加工零件的数学模型；

步骤二：根据零件的数学模型反向推导出工装结构的数学模型，所述工装结构通过多个拼接板组成；

步骤三：根据成形后零件坯料的实际尺寸设计出与其尺寸配合的拼接板；

步骤四：将数学模型中各拼接板进行拆分，使其处于同一平面，然后在板材上分割出各个实体拼接板；

步骤五：将各个实体拼接板进行组合拼装组成工装结构，通过工装结构对所要加工的零件进行卡装。

更进一步的，所述拼接板为相互拼接锁紧的带牙板料。

更进一步的，所述步骤四中采用激光切割的方式在板材上分割出各个实体拼接板。

更进一步的，所述板材为边角料。

更进一步的，所述板材材料为钛、铝、铜或不锈钢。

更进一步的，所述拼接工装的定位线通过激光切割打标形成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以剩余的废料作为制造原材料，采用矩阵分割法将整体工装分解为多板拼接的结构形式，通过激光切割的方式在废弃板料的料边上切割出各种可以彼此牢固拼接或搭接的板料形状，然后通过组装的方式快速制造出可以用于零件准确切割、检验、焊接或成形的工装模具。本专利所提出的方法其最大特点为加工周期短、成本低、精度高、占用空间少等特点，采用板料拼接的方式制造出可以替代大块金属毛坯料通过机械加工制造的工装。

本发明所述拼接工装加工周期短。传统机加工装根据型面加工的难易程度，其加工周期为数小时到几十小时不等，此类新型切割拼接工装加工时间仅需数分钟，更适用于生产周期短，较为棘手的工作。如图3-4所示，图3为传统机加工装，其加工时间为24小时，图4为本发明所述拼接工装，其加工时间为30分钟，工装加工周期缩短90％以上。

本发明所述拼接工装投入成本低。传统机加工装根据尺寸的大小和型面难易程度的不同，外协采购费用在上千元到几万元不等，拼接工装是由废弃板料切割拼接制造而成，仅需耗费部分电费和废弃板料的回收费。如图3-4所示，图3传统机加工装的采购费用为6千元；图4拼接工装的加工费用仅为300元左右，工装费用降低90％以上。

本发明所述拼接工装精度高。多数零件的成形、切割、检验工装是同时外协生产的，在零件制造前，切割和检验工装与成形模具几乎同时或提前于成形模具制造完成。此类工装多数按照名义值制造，若零件在满足制造的公差范围内偏大或偏小，一部分切割或检验工装由于干涉不能完成装卡切割或检验；另有部分由于装卡松弛，影响切割或检验的准确性。对工装进行返修更改，需要耗费大量时间，耽误生产周期。使用本发明所述拼接工装，可在零件成形后，根据零件实际尺寸进行设计制造，几十分钟内即可完成工装的制造，不会耽误生产周期，并且装卡配合尺寸更加精准。如图5所示，箭头所指位置，零件的理论宽度为120mm，然而实际制造零件的宽度可能是119.72mm或120.25mm，零件的公差为±0.3mm，为合格产品。如果采用传统的机加工装，若工装宽度设计成120.3mm，对于宽度为119.72mm的零件，装卡会相对松弛，影响边缘的切割精度，直接影响零件的对称度。如果工装的宽度设计成理论尺寸120mm或更小，对宽度为120.25mm的零件将无法完成装卡切割。本发明所述拼接工装可有效避免工装与零件不匹配的问题。

本发明所述拼接工装重量轻，如图3-4所示，传统工装和拼接工装均按钢的密度计算重量，传统工装的质量达到了166千克,而新型切割拼接工装重量仅为5.7千克，新型工装大大降低了工装重量。在此种情况下，传统工装只有依靠设备才能实现搬运，然而多数新型工装仅需人工即可完成搬运使用，使用更加方便自如，有效增加生产效率，在一定程度上也增加了生产的安全性。

本发明所述拼接工装占用空间少、便于存放。当工厂投入大量的切割、检验等工装后，工装将会占用大量空间，若放于室外，工装生锈会直接影响切割及检验的准确性。若部分工装在几年内不再投入使用，存储此类工装将会带来诸多不便。采用本发明所述拼接工装可有效解决这一问题，因为此类工装可以在非使用期对其拆卸，使其变为平板结构，占用空间小、便于存放，在使用时可以重新快速拼装完成。

附图说明

图1为本发明所述的一种矩阵拼接工装装制造流程示意图

图2为本发明所述的拼接板之间彼此锁紧示意图

图3为传统机加工装结构示意图

图4为本发明所述的拼接工装结构示意图

图5为工装与零件配合示意图

图6为零件外形结构示意图

图7为图6所示零件切割前的成形坯料外形结构示意图

图8为根据图6所示零件建立的工装数学模型示意图

图9为将图8中的数学模型转化为实体工装结构示意图

图10为检验拼接工装结构示意图

图11为检验拼接工装制造流程示意图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-10说明本实施方式，一种矩阵拼接工装的制造方法，它包括以下步骤：

步骤一：建立所要加工零件的数学模型；

步骤二：根据零件的数学模型反向推导出工装结构的数学模型，所述工装结构通过多个拼接板组成；

步骤三：根据成形后零件坯料的实际尺寸设计出与其尺寸配合的拼接板；

步骤四：将数学模型中各拼接板进行拆分，使其处于同一平面，然后在板材上分割出各个实体拼接板；

步骤五：将各个实体拼接板进行组合拼装组成工装结构，通过工装结构对所要加工的零件进行卡装。

本发明所述拼接板为相互拼接锁紧的带牙板料，所述步骤四中采用激光切割的方式在板材上分割出各个实体拼接板，所述板材为边角料，板材材料为钛、铝、铜或不锈钢。

本实施例以切割工装为例进行说明，根据图6-7所示零件的外形和切割工装的设计要求，设计出如图8-9所示的由多个拼接板组成的切割拼接工装。经卡尺及其他测量器具测量，实际的切割拼接工装与工装数模设计尺寸一致，各尺寸偏差均＜0.04mm，传统机加工装的各尺寸偏差在0到0.15mm不等，结果证明切割拼接工装制造精度更高；激光切割设备识取工装上各定位点坐标，并将其输入激光切割加工程序中，结果显示，传统工装的定位偏差为0.283，切割拼接工装的定位偏差仅为0.086，原因是因为传统工装的十字定位线的线宽为0.8mm，线深在0.25到0.4mm之间，切割拼接工装的十字定位线是由激光切割打标而成，线宽仅为0.12mm，线深＜0.02mm，切割拼接工装有效增加了定位的精准度。对采用切割拼接工装和传统工装切割零件对比结果显示，采用切割拼接工装切割零件的对称度为0.05，采用传统工装切割零件的对称度为0.18，切割拼接工装对零件切割的准确度显著提高。零件切割位置的下方为悬空结构。零件在切割时，能使熔融金属飞溅残渣飞散出去，避免熔融的金属飞溅粘于工装表面，导致零件与工装焊于一起或切割面不平整；零件可以紧固装卡在工装上，零件在切割过程中不发生串动；工装上要加设三处用于工装定位找正的定位点，要求定位点与用于零件定位的型面的相对位置精准无误；零件在激光切割的过程中，激光头在切割路径上不与工装发生干涉。拼接工装虽然由板料切割拼接而成，但拼接工装整体强度高，在拼接工装上方和侧方压上重达25公斤的重物，拼接工装依然完好无损。

本实施例以检验工装为例进行说明，按照本发明所述方法制造出如图10所示的检验拼接工装，经检定，此检验工装完全可以满足检验要求，并且零件可以在检验下陷宽度尺寸后进行制造，避免零件无法装卡检验，工装制造可以采用激光打标的方式刻出零件的名义值线、上公差和下公差检验线，工装上的多个十字交叉点及工装的板状镂空结构可有效检测零件内部型面的准确度。

本实施例以检验工装为例进行说明，根据本发明所述方法按照图11所述步骤，制造出如图10所示的检验拼接工装。首先建立零件数模，根据零件的外形结构、重量、尺寸、精度要求和是否需要承重等因素，采用矩阵分割法画出对应的工装。此工装无需承重；各尺寸精度要求±0.3mm，精度要求不高；零件长和宽均为150mm，尺寸较小。根据以上条件分析得出此工装采用3×3的矩阵结构即可满足零件的检验。然后建立工装数模，根据整体工装的外形结构，其中每块板均包含多个豁口结构，板料只要两两拼接到一起，每块板料便不能横向、纵向或旋转移动，安装豁口与板厚相同，通过彼此间的制约即能满足牢固的结构强度和稳定性，拼接形式如图2所示，箭头所指的位置代表各个豁口相互咬合的形式，零件外形结构确定后，采用相应量具测量实际零件下陷的宽度尺寸，反推出工装的配合尺寸，最终形成工装的全部尺寸，将工装拆分，采用激光切割的方式在废弃板料的料边上切割出各种可以彼此牢固拼接的板料形状，对工装进形组装，工装豁口处的拼接配合尺寸是通过板料的厚度公差决定的，板料各个位置间的厚度公差一般在0到0.04mm之间，即拼装时的间隙在0.04到0mm之间，所以装配公差在0.04mm以内,单边各0.02mm。工装虽然由多块板料拼接而成，但无公差累积。所以整体公差仅为0.04mm。将整体工装拼装完成，并对最终切割制造完成的零件进行检验。此工装从设计到制造完成仅耗时40分钟，设计制造速度相比传统工装节省时间95％以上；制造费用节约90％以上，重量也仅为传统工装的8％。

本实施例以点焊固定工装为例进行说明，按照本发明所述方法制造出点焊固定工装，点焊固定工装同样由切割的板料拼接而成的，各个豁口对应装配零件中的各个加强筋。点焊固定工装的各个豁口的相对位置是固定的，可以保证加强筋点焊后的相对位置也同样准确。加强筋当与外侧蒙皮点焊时，工装将各个加强筋有效地束缚其中，避免点焊时因出现偏扭力使得零件位置出现偏差。工装虽然只是由几块板条拼接而成，但工装仍有较强的承重能力，工装上方施加一块重达10公斤的铜块，工装无变形；此工装是由钛板制造而成，工装自重仅为0.151千克，将其转化成钢板的密度其质量也仅为0.27千克，完全不会给操作者使用带来负担。

本发明所述拼接板为相互拼接锁紧的带牙板料，所述步骤四中采用激光切割的方式在板材上分割出各个实体拼接板，所述板材为边角料，板材材料为钛、铝、铜或不锈钢。采用矩阵分割法为对整体工装进行矩阵分割，分割的尺寸可由0.5mm至100mm不等，根据产品结构可任意选择，采用该方法所加工出的工装尺寸精度达0.05-0.2mm，传统机加精度为0.1-0.3mm，周期相比于整体加工可节约至5％-10％，加工费用可节约至5％-10％。

以上对本发明所提供的一种矩阵拼接工装的制造方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。