Основное руководство по проектированию эффективных приспособлений и оснасток

Приспособления (jigs) — инструменты, которые удерживают производственный инструмент на месте, пока он выполняет повторяющуюся задачу, как сверление или нарезание резьбы. Оснастки (fixtures), с другой стороны, не направляют производственный инструмент, а удерживают заготовку стабильно в фиксированной позиции, ориентации или местоположении. Стандартные тиски — распространенный бытовой пример оснастки.

Несмотря на различия, и приспособления, и оснастки — инструменты, которые делают большую разницу. Они повышают производительность, улучшают повторяемость деталей, облегчают сборку и разборку деталей и даже помогают создать безопасную рабочую среду. Почти все автоматизированные промышленные производственные процессы опираются на приспособления и оснастки для последовательного изготовления деталей, которые функционируют правильно. Инженеры могут убедиться, что их приспособления и оснастки прочны и хорошо спроектированы, имея в виду эти ключевые соображения.

Основы проектирования приспособлений и оснасток

Ключ к производству приспособлений и оснасток начинается с понимания того, как работают степени свободы. Любой объект в пространстве имеет шесть степеней свободы — вверх/вниз, влево/вправо, вперед/назад, и способность вращаться вокруг 3 осей (X, Y и Z). Правильно спроектированная оснастка должна ограничивать эти свободы максимально, чтобы держать деталь зафиксированной в позиции, но не настолько, чтобы деталь была переопределена (overconstrained).

Переопределение (overconstraint) происходит, когда избыточные силы пытаются сделать одну и ту же работу и в итоге работают контрпродуктивно. Четырехножный стул — отличный пример этого — четвертая нога механически излишня и вызывает качание, если стул на неровной поверхности. В лучшем случае переопределенные силы не будут влиять на оснастку, но в худших случаях это приводит к плохому качеству деталей и повышенному риску для оператора.

Для инженеров критически важно быть точными, когда речь идет о свободах. Менее ограниченный дизайн оснастки лучше для деталей вроде отливок, которые имеют немного больше вариаций, в то время как более ограниченный дизайн оснастки лучше для ЧПУ-обработанных или отлитых под давлением деталей с более точными поверхностями.

Успешный дизайн приспособления и оснастки учитывает, как инструмент будет работать, а также как будет ощущаться работа с инструментом. Каждое применение будет отличаться, но инженеры всегда должны включать гуманоцентрический дизайн в свои планы. Начните с этих базовых расчетов приспособлений и оснасток:

1. Всякий раз, когда возможно, проектируйте приспособления и оснастки для одноручной работы. Таким образом, операторы могут использовать одну руку для удержания оснастки, а другую — для позиционирования или стабилизации детали.
2. Проектируйте приспособление или оснастку, которая не требует человеческой помощи для удержания детали во вторичных операциях.
3. Выбирайте геометрии, делающие ошибки невыравнивания очевидными. Это может снизить производственные травмы.
4. Учитывайте, как приспособление или оснастка впишется в общий производственный рабочий процесс.
5. Старайтесь создать дизайн, использующий наименьшее число шагов. Это сокращает циклы и минимизирует утомительные повторяющиеся движения.

Приспособления и оснастки могут быть изготовлены с помощью ЧПУ-обработки и 3D-печати, но в целом 3D-печать предлагает ряд преимуществ. В данном случае аддитивное производство дешевле и быстрее ЧПУ-обработки с большим запасом. Также только 3D-печать дает инженерам гибкость для частой реоптимизации дизайна.

Лучшие практики производства приспособлений и оснасток

Приспособления и оснастки могут быть построены из металла или пластика, но пластик, как правило, более доступен и часто может удовлетворить все требования к производительности. Промышленное моделирование методом наплавления (FDM), HP Multi Jet Fusion и Carbon Digital Light Synthesis (DLS) дают отличные результаты, но стереолитография (SLA) и селективная лазерная синтеризация (SLS) также могут быть хорошими вариантами. Для быстрого литья под давлением инженерные термопластики могут легко производить изотропные детали в больших объемах.

Для высоконагруженных, долговечных приспособлений и оснасток имейте в виду эти лучшие практики производства:

1. 3D-печать приспособлений и оснасток позволяет продуктовым командам увеличивать сложность дизайна без увеличения стоимости детали, поэтому дизайнерам будет полезно воспользоваться этим принципом на этапе проектирования. Рассмотрите, какие дополнительные функциональности можно встроить для улучшения производительности детали.
2. Проверьте размерную точность оснастки с помощью метрологических инструментов и встройте датумные особенности в дизайн, чтобы сделать инспекцию и верификацию легче.
3. Используйте ребра и фаски для увеличения жесткости.
4. Используйте металлические резьбовые вкладыши для увеличения долговечности.
5. Избегайте деформации, вызванной смолами SLA, ослабляя любые болты и снимая зажимные силы после завершения вторичных операций.
6. Используйте пружины для облегчения выброса.
7. Если производство через ЧПУ-обработку, учитывайте отходы в плане дизайна. Например, инженеры могут оставить зазор в приспособлении, чтобы допустить образование заусенцев без вмешательства в инструмент. Минимизируйте любые маленькие зазоры, канавки или карманы, где опилки могут расширяться в клины.

После изготовления приспособления или оснастки она должна быть валидирована по форме и функции. Инженеры должны сравнить готовый инструмент с исходной CAD-моделью, чтобы убедиться, что он размерно надежен. Хорошо спроектированная оснастка будет поддерживать деталь и держать ее на месте, после применения зажима, без какого-либо наклона, изгиба или смещения.

Создавайте лучшие оснастки с Fast Radius

Приспособления и оснастки — существенные компоненты любого производственного проекта. Они повышают производительность, ускоряют производственные сроки и позволяют производить лучшие детали. Как таковые, критически важно, чтобы инженеры делали все возможное, чтобы сделать свои приспособления и оснастки максимально функциональными. Опытный производственный партнер может помочь.

Команда Fast Radius предана помощи продуктовым командам в воплощении их идей в жизнь. Наши эксперты по дизайну и инженерии с удовольствием помогут вам спроектировать прорывное приложение или убедиться, что ваши приспособления и оснастки основаны на безупречном, функциональном дизайне. Мы работаем с клиентами от концепции до доставки, обеспечивая оптимизацию всего жизненного цикла продукта для скорости и экономической эффективности. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать.

Для большего количества руководств и статей, полных ключевых соображений для инженеров, ознакомьтесь с ресурсным центром Fast Radius.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости