客車制造柔性工裝夾具的應(yīng)用探討

楊啟俊

摘 要：現(xiàn)代制造過程中，工裝柔性化是控制制造過程成本的重要手段，尤其是在客車的制作過程中。在訂單式的生產(chǎn)影響之下，車型、各部件等結(jié)構(gòu)多、批量小、訂單變化大，使得模塊工裝的制作成本增加。而柔性工裝的出現(xiàn)，能夠減少客車制作過程工藝裝備上的成本、提高生產(chǎn)效率、降低工裝改動頻次、同時也能使設(shè)計人員在工裝研發(fā)中的工作量減少?；诖耍恼戮涂蛙囍圃烊嵝怨ぱb夾具的應(yīng)用進行研究，具體內(nèi)容供大家參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：客車制造；柔性；工裝夾具；應(yīng)用

前言

工裝夾具作為汽車制造過程中不可缺少的一部分，其是汽車制造過程中效率、質(zhì)量、一致性的重要保障。而柔性工裝應(yīng)用是構(gòu)建非通用化結(jié)構(gòu)能在通用化的工裝下完成制作，并減少工件與工裝之間的剛性固定，增加多種結(jié)構(gòu)的柔性固定結(jié)構(gòu)，能達到多種不同結(jié)構(gòu)上的通用，降低工裝胎具重復(fù)設(shè)計制作的頻次，提高工裝的使用效率，減少工件在制作完成后的焊接變形，對工件質(zhì)量提供保障。所以柔性工裝是客車制造行業(yè)，甚至是汽車制造行業(yè)工裝設(shè)計制作的一種發(fā)展方向。

1柔性工裝夾具概念

在機械制造過程中，用來固定加工對象，使工件有正確位置，以便能夠施工或者檢測的裝置都可以稱為工裝夾具。柔性夾具是指工件的形狀和尺寸有一定變化后，有能力適應(yīng)新的定位夾緊要求的夾具。但是工件變化可以在小范圍，即在相似的形狀和尺寸變動不大的范圍內(nèi)，也可在大范圍，即零件形狀完全不同，尺寸變化也很大。所以，柔性夾具的概念還是含糊的，沒有明確的定義和界限。與傳統(tǒng)夾具相比，柔性加工環(huán)境下，柔性夾具有明顯的優(yōu)越性：減少了設(shè)計、制造專用夾具的時間和成本，節(jié)省了提供重復(fù)的專用夾具的開支，增強了規(guī)劃和編程能力，對中小批量設(shè)計變化大、面向用戶的產(chǎn)品可高效、及時供貨。

2柔性工裝夾具的基本結(jié)構(gòu)組成及工作原理

柔性工裝焊接夾具是集標準化、通用化、系統(tǒng)化的模塊系統(tǒng)，工作平臺（工作基準面）及其所有的附件以孔系原理等通過鎖緊裝置實現(xiàn)快速的定位、連接、裝夾工作，實現(xiàn)產(chǎn)品的定位，在工件的三維尺寸方向上可以隨意的快速調(diào)整，可以適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)變化；工作平臺五個工作面可以直接對接擴展延伸或者通過導(dǎo)軌加長延伸，增加作業(yè)半徑，柔性工裝夾具既可以適應(yīng)焊接和裝配，也可以作為檢具、量具使用。

現(xiàn)代化的三維柔性工裝夾具主要由工作臺、支撐件、方箱、角度器、定位件、壓緊件、鎖緊件等部分組成，這些部件可以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同自由組合，方便靈活，能適用于所有類型工件結(jié)構(gòu)，屬于全能柔性工裝。

在客車制造過程中，柔性工裝夾具是介于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)之間的一種類型，在部分小總成模塊上應(yīng)用先進的柔性工裝技術(shù)，但在一些大總成上使用的是傳統(tǒng)與柔性相結(jié)合的方式，在局部小總成模塊上進行柔性處理，在基準工裝上使用傳統(tǒng)的非柔性結(jié)構(gòu)，如圖1所示的小模塊結(jié)構(gòu)。而在經(jīng)常變動的小總成部件工裝中，設(shè)計時會考慮使用三維柔性焊接夾具工裝，如圖2所示。

3不同骨架總成中柔性工裝夾具的應(yīng)用

3.1前后圍骨架柔性工裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用

前圍、后圍骨架總成由于結(jié)構(gòu)上的相同特點，往往都是以一種形式或者是一起被提及，在工裝結(jié)構(gòu)的使用上也是具有相同的形式，都是采用的凸胎結(jié)構(gòu)，而且都是類似空間結(jié)構(gòu)。在柔性工裝夾具的應(yīng)用和設(shè)計上都是小模塊化，因為在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、訂單車需求中，前圍、后圍骨架總成在變化上是一致的。縱觀客車工裝的總體結(jié)構(gòu)變化，各個制造企業(yè)在柔性工裝中的應(yīng)用也大不相同，他們有些采用的是外購方式，請專業(yè)的制作廠家來制作某一產(chǎn)品的柔性工裝夾具，如圖3所示。

采用骨架框架的工裝結(jié)構(gòu)，活塊式的定位、在易變動的位置使用柔性方式，增加工裝在產(chǎn)品種類上的應(yīng)用，如某公司常用的風采車型，會在雨刮器組件各位置使用可調(diào)節(jié)的活動定位方式，而在路牌這個頻繁變動的位置設(shè)計滑軌式的結(jié)構(gòu)，可以適合全系，同時呢，在骨架結(jié)構(gòu)其他變化，如加寬、降高等變化上，在立柱位置也會增加活動結(jié)構(gòu)。

還有就是特殊訂單、特殊車型，為了體現(xiàn)工裝胎具夾緊裝置上的柔性化，在設(shè)計產(chǎn)品支持就制定柔性工裝夾具的設(shè)計結(jié)構(gòu)，并在夾緊裝置中使用柔性結(jié)構(gòu)，便于產(chǎn)品在形成訂單后滿足客戶對車型結(jié)構(gòu)的各種需求。

3.2頂蓋骨架柔性工裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用

提到頂蓋骨架，從工裝的角度講，往往會意識到它結(jié)構(gòu)很簡單，工裝在設(shè)計的時候可能會更容易實現(xiàn)柔性化，更能作為客車工裝制造的典范來推廣。其實，頂蓋骨架看似簡單，但是它在訂單中的變化也是比較多的，天窗口的位置、空調(diào)的位置、加寬、縮窄等骨架結(jié)構(gòu)的變化都很頻繁，同時由于內(nèi)飾等部件的改變也會影響頂蓋骨架工裝的設(shè)計問題。

在頂蓋骨架工裝中，我們一般都是采用的子母胎，也就是胎面與胎架分開制作，在局部上再進行小模塊的工裝設(shè)計，同時，根據(jù)車型訂單要求在結(jié)構(gòu)上改變增加活動體定位方式及組合式的夾具，變化成可柔性化的工裝夾具。事實上，也有很多專業(yè)工裝制造公司在頂蓋骨架工裝設(shè)計中，摻入很多活動的模塊，使之更能達到客車在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的工裝柔性化，它也體現(xiàn)了客車柔性工裝制作的一種全新嘗試，也能表明客車柔性工裝夾具設(shè)計制作的難度，像黃海客車在頂蓋骨架工裝中，引入的比較先進的柔性結(jié)構(gòu)，它是由很多個活動的小模塊組成，每個單元都是活動的，可以相互配合移動，并在X＼Y＼Z三個方向進行變化，能夠形成空間立體的多面變化形式，最終在車型結(jié)構(gòu)需求中實現(xiàn)產(chǎn)品的產(chǎn)出。

3.3左右側(cè)骨架柔性工裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用

左右側(cè)骨架在客車的骨架總成中其實差不多是變化最多的位置，它們也是可以作為一種結(jié)構(gòu)方式存在，根據(jù)訂單的不同或者由于客戶對某些位置的要求，就會影響左右側(cè)圍骨架結(jié)構(gòu)變化。左右側(cè)圍骨架的變化，就是在改變窗戶立柱和下裙立柱的位置，其不論車型的長短，在同一批次訂單中都會出現(xiàn)變化，這會影響到工裝設(shè)計時對上述位置的定位。如果是傳統(tǒng)工裝結(jié)構(gòu)，可能會在幾批次的訂單過后就必須更換新的工裝，無形中增加了制造成本。所以，根據(jù)左右側(cè)圍骨架的特點，會在變化多的位置考慮柔性化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使之通用化更強，使用長久，且更換效率高。

在上述的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，前提也是采用的子母式胎具，考慮的就是占用空間小、便于存放的特點，中通客車工裝的體系中，根據(jù)以往的經(jīng)驗設(shè)計，總結(jié)出來的柔性工裝夾具結(jié)構(gòu)，其上面的所有模塊都可以移動，近似一種全體系的柔性工裝。但是也有局限性，不是能夠適應(yīng)所有的車型結(jié)構(gòu)，還有就是它變動的活塊太多，當訂單車改動時，工裝修校是一個需要較長時間的過程，影響投產(chǎn)效率。但是，在這種比較專業(yè)的柔性工裝中，設(shè)計人員可以引入需要的結(jié)構(gòu)，相互結(jié)合，從而滿足客車制造的長遠規(guī)劃目標。

3.4底架骨架柔性工裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用

客車的骨架組成部分中，底架骨架是一個涵蓋種類較多的結(jié)構(gòu)，它包括了地板骨架、全承載式底架等，如果按照車型種類劃分的話，也可以有長途車結(jié)構(gòu)和公交車結(jié)構(gòu)等之分，隨著客車制造的發(fā)展，對客車底架的結(jié)構(gòu)也有了一種新的認識。而在全承載底架結(jié)構(gòu)的發(fā)展形成了趨勢，也逐漸的形成了主導(dǎo)結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)實行其實與長途車的地板骨架結(jié)構(gòu)是類似的，只是沒有了車架（分離式），若將兩種融合改制其實就是全承載結(jié)構(gòu)，所以底架柔性工裝也是在這兩種結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛，也是被研究最多的、最容易實現(xiàn)的骨架結(jié)構(gòu)。在這兩種的骨架總成中，一般都會被定義成反胎（平地板），也就是倒置放置骨架，并使用活動式的定位夾緊機構(gòu)，設(shè)定一個統(tǒng)一的基準，將工裝進行分塊處理，從而控制裝夾精度。

結(jié)束語

總之，客車柔性工裝夾具一直是行業(yè)內(nèi)重點研究的方向，與傳統(tǒng)的工裝夾具相比，這種工裝可重置性良好，可以快速的調(diào)整不適應(yīng)的定位和夾緊要求，可以縮短工藝裝配準備、研發(fā)和更換的周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，具有廣闊的發(fā)展前景，也是未來客車工裝的發(fā)展趨勢。

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