柔性焊接工装技术的应用

朱云

摘要：本文分析了目前我公司的一些主要产品，以及在车间所使用的工装中存在的问题， 结合了我公司现有工装的优缺点， 综述了柔性工装、焊接工装及其设计的关键技术， 实现了机车顶盖工装的柔性、模块化设计，为后续公司在工装的投入、生产、设计等方面积累了一定的经验。此方案所设计的工装已获得发明专利，专利申请号为：201310560070.8（有权）。

关键词：焊接;柔性;工装

0  引言

为了满足不同用户的需求，设计师要设计多种形式的机车顶棚外形。每一种机车顶棚外形都需要设计对应的顶棚工装，工装零部件多采用焊接固定式连接。国内传统的机车顶棚焊接工装平台采用专一的设计原理，专台专用，需要针对每一种车型设计相对应的机车顶棚焊接工装平台。这样就造成了非常大的工装投入，增加了制造成本，延长了制造周期。如果产品暂时不生产，还会造成机车顶棚焊接工装平台的闲置，从而占用场地，增加不必要的库存成本。同时，如果该机车顶棚焊接工装平台所对应的产品不再生产或者停产，这些工装就会变成废品，大大降低了工装的利用率。

1  机车顶盖焊接工艺装备的柔性化设计

1.1 机车顶盖的组焊工装

机车顶盖的组焊工装主要是指组焊夹具。它是顶盖焊接结构生产中完成组焊程序的最重要、最大的基本工艺装备。属于非标设计与制造的工艺装备。结合公司所使用的工装夹具的优缺点，在此次机车顶盖组焊工装的设计过程中，特别注重了工装的标准化和规格化（即柔性化）设计，取其共性，将有共性的零部件作为公司内部的企业标准件，以便在后续的工装设计中对这些标件进行再利用，以提高它的利用率，降低生产成本、缩短产品制造周期。组焊工装机构的机械压紧结构设计上要结合自身的产品充分发挥、巧妙构思力争制造成结构简单、操作方便实用的定位—夹紧机构。

1.2 机车顶盖的组焊工装设计的特殊性

①顶盖零部件大多是薄板冲压件构成（弹性件）尺寸大、刚性小、易变形。因而零件尺寸的稳定性受材质与冲压工艺等因素影响较大。

②机车顶盖是一个空间曲面，外形复杂的结构件，其零件多为大半径的曲面件。通常用三维坐标描述其尺寸关系。因此，组焊夹具设计时尽量选用零件规则的平面或斜面，少用复杂的曲线或曲面。在很多情况下钣金用仿形定位，在保证定位可靠的前提下尽量减少零件与定位元件接触面。

③由于组焊零件是薄板冲压而成，弹性变形较大，组焊夹具多为过定位设计。骨架的定位元件有“定位—夹紧”和检验零件尺寸的功能，并通过压紧使零件适度变形到位，起到校正原始尺寸的功能。

1.3 机车顶盖的组焊平台的组成部分

本方案在机车顶盖柔性化焊接平台得到了充分的应用，在近3年均采用此方案设计了多种车型的工装，其制造成本均在30000元左右。整体结构主要由底板、底板骨架、滑槽、连接板、立板、气缸架、气缸、控制阀等组成。

如图1所示，该机车柔性化焊接平台，包括底座1，所述底座1上从左到右等间距固定设置滑槽2，滑槽2中连接立板3，各立板3之间通过连接板7固定连接成为一体，所述底座1前后两侧设置导轨，每根导轨上设置可在其上左右移动的气缸安装架4，两个气缸安装架4之间设有横梁，横梁上设有可在其上前后移动的气缸7。

所示立板3底部通过T型螺栓固定在滑槽2中，为可拆卸连接。

所示连接板6包括连接板主体以及其底面上垂直设置的若干连接块，所述若干连接块分别对应每块立板3并通过螺栓实现可拆卸式连接。连接板6可以拆卸下来更换，以适应不同形状的机车顶棚。这意味着，针对不同的车型只需要设计出相应的立板进行组装即可。

在设计之初，我们采用气缸作为压紧动力源来压紧顶盖。但是，在实际运用过程中发现，机车顶盖的曲面半径较大，无法使用气缸直接进行压紧，而且会对气缸接触头产生一个水平分力导致气缸接触头产生弯曲变形，这样就会很容易损坏气缸。后采用两种横梁进行分阶段压紧，但是却无法保证其压紧的对称性。直到第一批顶盖完成后也未能解决对顶盖的曲面压紧问题。后期经过多次试验总结，将压紧结构分段压紧（如图2）。

此方案是先將气缸3在中心位置落下压紧，再将气缸2和气缸4分别落至B、B`点，AB与AB`之间采用连杆支撑用来抵消气缸接触头在圆弧上所产生的水平分力。同理，气缸1和气缸5落至C、C`点，BC与B`C`之间采用连杆支撑用来抵消气缸接触头在圆弧上所产生的水平分力。

由于本次机车顶盖的组焊平台所采用的是柔性化设计，并不是一个专用工装。在设计中尽量使用标准化的零部件或夹具，建立企业的标准化和规格化的零部件库。通过对产品以及对目前公司所使用的工装进行分析，对机车顶盖组焊工装的平台与骨架部分采用标准化设计，来达到对平台与骨架的再利用，充分发挥柔性工装的优越性。

2  结论

利用此方案的所设计的工装可以缩短了设计制造的周期，节约了原材料与加工费用。同时，也便于后期改型和更新换代。另外使用标准化和规格化设计的零部件约有50～70%的重复利用率，可以节约工装制造成本的70%左右，从而降低生产制造成本。

参考文献：

[1]装焊技术及夹具设计[M].北京理工大学出版社.

[2]金属机械加工工艺人员手册[M].上海科技技术出版社.

[3]焊接工装及其设计[M].现代工艺与装备.