全焊铝合金B型地铁车辆车顶自动焊工装柔性化设计

雷 莉 尹洪权

(1.中车南京浦镇车辆有限公司 江苏 南京 210031；2.南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 江苏 南京 210031)

全焊铝合金B型地铁车辆车顶自动焊工装是对铝合金B型地铁项目车顶整体装夹、准确定位和可靠夹紧，便于车顶进行装配和焊接，保证车顶焊接精度的工艺装备，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用[1]。

1 设计背景

铝合金B型地铁车辆车顶自动焊工装在多项目转产时，须对工装进行换型，换型时间大概2天左右，所以在多项目共线生产时原工装换型时间不能满足目前生产节拍需要，须对该工装进行柔性化改造，使之同时满足所有B型项目的生产需要。

2 设计分析

铝合金B型地铁车辆车顶自动焊工装采用车顶整体装夹模块，要使该工装能够同时满足多个项目生产需要，就必须在整体通长结构下，型材的定位点不变以保证车型转换时车顶的整体轮廓度，同时立柱上的夹具可以随车型的变化滑动，方便车型的转换。

与之同时该工装还必须满足以下几个方面：

(1)应具备足够的强度和刚度，工装在生产投入使用时要承受多种力度的作用。

(2)夹紧时的可靠性，既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束力过大而产生较大的拘束应力，有效防止和减轻焊接变形，减小尺寸偏差，提高产品质量。

(3)焊接操作的灵活性。使用时应保证足够的焊接空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产全过程处于稳定的工作状态。

(4)便于工件的装卸。操作时应保证工件在装配定位焊接后能够顺利的取出，工件在翻转或吊运过程中不受损坏。

(5)良好的工艺性。所设计的工装便于制造、安装、操作、检验、维修和更换易损零件。

(6)能够在确保产品质量的前提下提高生产效率，并改善了工人的劳动条件。

3 设计方案制定

(1)铝合金B型地铁车辆车顶自动焊柔性化工装采用车顶整体定位支撑面模块，整体通长结构下，型材的定位点不变，保证了车型转换时车顶的轮廓度。同时定位支撑面两侧的可快速拆卸的仿形定位面由定位销定位，保证定位准确，使车型的转换方便、快捷。

(2)正装定位支撑面和反装定位支撑面分别集成于可旋转支撑横梁的2个相互垂直的立面上，每个定位支撑面所在的支撑横梁端部各有2个横梁止挡块，在对正、反装工装切换时能够准确保证旋转支撑横梁的旋转角度，保证定位后的整体挠度。

(3)所有定位面(有尺寸要求的面)选择铝合金材质，并采用整体机加工下料，定位面上对所涉及到所有项目切换时焊缝与工装接触处开圆弧槽，避开焊缝，提高工装定位面对工件定位的准确性[2]。

(4)所有夹紧、侧拉紧装置对称布置，夹紧装置能够实现不同项目的通用和快速切换，使多项目在不改动工装的情况下一次性装夹，保证项目之间快速交替组装焊接。所有夹紧、侧拉紧装置与工件接触的压头采用5系/6系铝合金材质，工装定位夹紧装置无尖角[3]。

(5)定位块通过加垫片或长圆孔实现微调，两侧的夹紧结构采用“可打开式”装夹，即保证工件吊运时能够顺利起落。

4 工装介绍与操作

4.1 工装总体介绍

工装主要由工装基座、旋转支撑横梁、横梁止挡块、定位支撑面、夹紧装置、侧拉紧装置、端部定位装置部分组成如图1所示。

图1 工装视图

工装基座上设有等间距的18根可旋转支撑横梁，所有支撑横梁通过一根通长的方钢梁连接在一起，在工装基座纵向中心的两端部各有1个气缸，支撑横梁可在端部气缸的作用下90°来回旋转，在支撑横梁端头各有2个横梁止挡块，在气缸作用下支撑横梁旋转90°后横梁止挡限位，保证支撑横梁旋转后位置。 在每个旋转支撑横梁2个横梁止挡块所在面上分别布有正装定位支撑面和反装定位支撑面，正装定位支撑面两端有夹紧压臂装置，反装定位支撑面两侧有夹紧压臂装置和侧拉紧装置，通过气缸带动旋转支撑横梁来实现不同项目的车顶正、反装快速切换。

不同项目车顶外轮廓度均相同，内轮廓度两侧位置处不同。对工装正装定位支撑面进行柔性化设计加工，在定位支撑面所有焊缝所在区域开圆弧槽，避开焊缝，两侧和两端布置的夹紧压臂装置、侧拉紧装置对车顶进行压紧，在不同项目切换时只需选择相应端部定位和压臂即可。在工装基座二位端部和正装定位支撑面一位端设有端部定位，定位支撑面和旋转支撑横梁实现工装的柔性化和快速定位。

4.2 工装操作说明

4.2.1圆顶反装

(1)在圆顶型材铺装前一、二位侧所有夹紧压臂处于位置1处，圆顶型材铺装插接后二位侧压臂至位置3处不动，活动销插好。

(2)将一位侧压臂至位置2处，活动销插好，操作位置2处夹紧压臂，使型材侧边缘与压臂紧靠。

(3)夹紧压臂为通用结构，可通过调节其在基座上的位置来实现不同的圆顶结构的压紧(见图2)，既满足了不同项目的圆顶夹紧和工装的工艺优化，又实现了项目的快速切换。

图2 圆顶反装工装图

4.2.2圆顶正装

(1)旋转压臂2使定位销孔1与压臂套筒上定位销孔2对齐，用定位销将其固定，固定后如图3所示。

(2)圆顶正装落胎后调整两侧搭接量，旋转压臂将两侧夹紧。

图3 圆顶正装工装图

(3)圆顶正装吊运前用活动销将仿形定位面快速插接在正装定位支撑面两侧，旋转压臂将两侧夹紧，圆顶正装压紧如图4所示。

图4 圆顶正装压紧图

正装工装上的定位销孔对压臂旋转起到限位作用，在工装切换时压臂不会与工装发生干涉。通过在正装定位支撑面两侧增加快速插接的仿形定位面和集成与压臂套轴上的不同压臂，来实现不同项目工装的快速切换。

4.2.3圆顶与车顶边梁正装

(1)车顶边梁落胎前侧顶紧旋至最外，并使压臂2与压臂套筒上定位销孔2对齐后用定位销固定。

(2)边梁落胎，调整边梁与工装二位端端部定位靠齐，旋紧侧顶紧及压臂1，如图5(a)所示。

(3)圆顶落胎后调整与边梁搭接量满足工艺要求，搭接间隙如不满足要求，用压臂2夹紧圆顶使间隙满足焊接要求，如图5(b)所示。

图5 圆顶与车顶边梁正装图

4.2.4圆顶与车顶边梁反装

(1)夹紧压臂处于打开状态。

(2)车顶反装落胎后在边梁两侧装上可快速拆卸的侧拉紧装置，旋紧(见图6)。

(3)车顶落胎后调整侧拉紧装置，使边梁开挡满足工艺要求。

(4)焊接后等焊缝冷却后拆除侧拉紧装置，吊运车顶。

图6 圆顶与车顶边梁反装图

5 结论

实践表明，铝合金B型地铁车辆车顶自动焊工装柔性化工装整体结构设计合理，安全稳定可靠，操作简单实用，具有很强的通用性。该柔性化工装同时满足了多项目车顶自动焊的生产需要，工装换型时间由原来的4 h缩短至现在的15 min，大大提高了产品的生产效率，满足了生产节拍，保证了产品的质量，同时工装的柔性化改造降低了工装的新制成本。