頂模塊化焊接夾具在客車上的應(yīng)用

文/陳 飛 王林照(安徽安凱汽車股份有限公司)

企業(yè)要想在市場(chǎng)中站住腳，必須不斷創(chuàng)新變革，降低成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。但對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械加工來(lái)說(shuō)，稍微復(fù)雜一點(diǎn)的零件加工就要專門設(shè)計(jì)制造一套工裝。有的加工零件的批量小，零件加工結(jié)束工裝就沒(méi)有利用價(jià)值了。多品種、小批量的生產(chǎn)模式使機(jī)械加工制造陷入了一種惡性循環(huán)之中，工裝的數(shù)量多，成本居高不下。如何減少工裝的數(shù)量和開(kāi)銷，是制造業(yè)必須面對(duì)和解決的問(wèn)題[1]。工裝夾具是客車生產(chǎn)中必不可少的保障設(shè)備，涉及到客車前圍工裝、后圍工裝、側(cè)圍工裝、頂蓋工裝、底架工裝等五大片工裝，必須加大工裝夾具投入，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。可是客車是訂單產(chǎn)品，有訂單才生產(chǎn)，如果每個(gè)訂單都投入工裝夾具，成本會(huì)很高，也無(wú)法很好滿足制作周期。所以需要?jiǎng)?chuàng)新思維，開(kāi)發(fā)柔性化工裝夾具，既可以拆卸、組合，使得制作模塊化，滿足訂單產(chǎn)品使用，又可以通過(guò)不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙和工藝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)以最少的工裝、最低的投入，獲得最大的價(jià)值。

一、客車車型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

客車一般應(yīng)用于客運(yùn)和公交。客運(yùn)車車身弧度形式多樣、造型種類也多，一般難以從設(shè)計(jì)源頭將外形尺寸、弧度等關(guān)鍵尺寸統(tǒng)一。公交車用途單一，車型雖多，但可以規(guī)劃出統(tǒng)一弧度、車寬。安凱客車公交系列從長(zhǎng)度來(lái)分，有10m、11m、12m系列；從動(dòng)力來(lái)分，有燃?xì)狻⑷加汀㈦妱?dòng)系列。焊裝車間在5大片制作過(guò)程中，使用的簡(jiǎn)易工裝無(wú)法保證焊接質(zhì)量，如果按照車型分類來(lái)制作工裝則需要投入大量的人力、物力，既影響生產(chǎn)進(jìn)度，又受車間場(chǎng)地限制。為了提高公交車車身焊接質(zhì)量及車身結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性，從車身骨架結(jié)構(gòu)分析、小總成分解，設(shè)計(jì)優(yōu)化，提出車身骨架模塊化設(shè)計(jì)焊接思路。

二、目前行業(yè)客車焊接夾具狀態(tài)

目前客車行業(yè)多數(shù)的焊接夾具是傳統(tǒng)的單片焊接夾具，根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品圖紙，按照對(duì)應(yīng)的車身大片，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的夾具，再對(duì)特殊需要保證的位置設(shè)計(jì)專用焊接夾具，如方向機(jī)支架、橋懸掛處、發(fā)動(dòng)機(jī)處等關(guān)鍵位置。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)夾具的方式多為用矩形管或者鋼板臺(tái)面作為焊接基準(zhǔn)面，再在基準(zhǔn)面上分布定位單元，定位單元采用夾緊機(jī)構(gòu)夾緊焊接原件。設(shè)計(jì)夾具需要滿足工藝要求，使用方便，安全省力，既能改善勞動(dòng)條件、節(jié)省勞動(dòng)力，又具有通用化，系列化的特點(diǎn)。要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)夾具[2]。目前多數(shù)企業(yè)使用平放式焊接夾具，夾具水平放置在地面；也有部分企業(yè)采用的是立式焊接夾具，夾具豎起放置。這些焊接夾具形成的方式多和企業(yè)的場(chǎng)地布置、習(xí)慣操作有關(guān)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

三、客車頂模塊化焊接夾具思路

由于客車產(chǎn)品的種類多，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的焊接夾具很難做到，而客車的車頂結(jié)構(gòu)相對(duì)變化較小，一種平臺(tái)系列的客車，車頂整體弧度和寬度一般不變，變化的一般是橫梁間距、頂部長(zhǎng)度、空調(diào)位置，因此客車頂最容易進(jìn)行柔性焊接夾具設(shè)計(jì)。

本柔性化焊接夾具根據(jù)一般柔性?shī)A具的特點(diǎn)，進(jìn)行了一定的創(chuàng)新，主要由基礎(chǔ)支撐部件、可換模塊、可調(diào)整定位卡組成，如圖1所示。

圖1 柔性化焊接夾具結(jié)構(gòu)圖

1.基礎(chǔ)支撐部件

可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成不同高度和長(zhǎng)度的框架結(jié)構(gòu)，在框架上部平面鋪設(shè)導(dǎo)軌，軌道要求平整，下部安裝金屬輪，如圖2所示。在導(dǎo)軌上安裝和頂骨架橫梁數(shù)量相仿的橫梁，用于在軌道上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)車身長(zhǎng)度方向即X向的調(diào)節(jié)，橫梁尺寸不易過(guò)寬，一般150～200mm左右，橫梁的兩端需鉆孔，用于后面模塊的安裝，使用銷軸定位是一種比較快捷的定位方式。橫梁的調(diào)節(jié)可以根據(jù)需要再進(jìn)行改進(jìn)，可以加裝伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

圖2 基礎(chǔ)支撐部件示意圖

2.可換模塊

可換模塊是一種T型槽結(jié)構(gòu)，通常是在一塊鋼板上銑出T型槽，此結(jié)構(gòu)最為牢固，但成本較高。因此常用三塊板材組合連接，在底層使用一塊板材，中間鋪設(shè)較窄板材，上面鋪設(shè)較寬板材，實(shí)現(xiàn)所需的T型槽結(jié)構(gòu)，如圖3所示。底層的板材需要在T型縫隙挖出一定的長(zhǎng)孔，用于焊接產(chǎn)生的飛濺物清理，所有板材加工完成后都需要進(jìn)行防飛濺處理。模塊兩端有吊耳，用于換模塊時(shí)候吊運(yùn)。模塊的兩端打孔，用于固定在橫梁上。

圖3 可換模塊結(jié)構(gòu)示意圖

3.可調(diào)整定位塊

定位塊由兩部分組成，下部為靠山，上部為定位卡，一般為Q345鋼材通過(guò)切割加工而成。下部靠山可以設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)件，為L(zhǎng)形，使用T型螺栓安裝固定在模塊的槽內(nèi)，可以沿著車身寬度方向即模塊的槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)Y向的移動(dòng)調(diào)節(jié)。靠山上還焊接螺栓螺母機(jī)構(gòu)，螺母焊接在靠山的豎直面，調(diào)節(jié)螺栓可以托舉住定位卡，防止定位卡下移，這對(duì)焊接夾具的準(zhǔn)確定位尤為重要。在焊接過(guò)程中，工件的壓力下，一般U型槽內(nèi)定位卡會(huì)產(chǎn)生下移，故需要在定位卡下部增加支撐。定位卡上有兩處U型導(dǎo)槽，通過(guò)螺栓鎖緊在靠山上，可以上下調(diào)節(jié)高度，即實(shí)現(xiàn)Z向的調(diào)節(jié)。定位卡的開(kāi)口根據(jù)定位工件進(jìn)行設(shè)計(jì)大小，用于定位住不同規(guī)格的工件。

四、結(jié)論

柔性焊接夾具通過(guò)更換模塊，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)系列產(chǎn)品的更換。通過(guò)調(diào)節(jié)XYZ向的位置，實(shí)現(xiàn)同平臺(tái)產(chǎn)品之間的微調(diào)。不管何種調(diào)節(jié)，都需要一定的人員投入進(jìn)行焊接前的準(zhǔn)備，但實(shí)現(xiàn)了一個(gè)焊接夾具多用的理念，極大地節(jié)約了投入的成本。隨著科技的發(fā)展，新材料的應(yīng)用，柔性化焊接夾具會(huì)更加廣泛地應(yīng)用于客車焊接中。