顶模块化焊接夹具在客车上的应用

时间：2024-07-28

文/陈飞王林照(安徽安凯汽车股份有限公司)

企业要想在市场中站住脚，必须不断创新变革，降低成本，提升产品质量。但对于传统的机械加工来说，稍微复杂一点的零件加工就要专门设计制造一套工装。有的加工零件的批量小，零件加工结束工装就没有利用价值了。多品种、小批量的生产模式使机械加工制造陷入了一种恶性循环之中，工装的数量多，成本居高不下。如何减少工装的数量和开销，是制造业必须面对和解决的问题[1]。工装夹具是客车生产中必不可少的保障设备，涉及到客车前围工装、后围工装、侧围工装、顶盖工装、底架工装等五大片工装，必须加大工装夹具投入，才能保证产品质量。可是客车是订单产品，有订单才生产，如果每个订单都投入工装夹具，成本会很高，也无法很好满足制作周期。所以需要创新思维，开发柔性化工装夹具，既可以拆卸、组合，使得制作模块化，满足订单产品使用，又可以通过不断优化产品设计图纸和工艺过程，实现以最少的工装、最低的投入，获得最大的价值。

一、客车车型数据统计

客车一般应用于客运和公交。客运车车身弧度形式多样、造型种类也多，一般难以从设计源头将外形尺寸、弧度等关键尺寸统一。公交车用途单一，车型虽多，但可以规划出统一弧度、车宽。安凯客车公交系列从长度来分，有10m、11m、12m系列；从动力来分，有燃气、燃油、电动系列。焊装车间在5大片制作过程中，使用的简易工装无法保证焊接质量，如果按照车型分类来制作工装则需要投入大量的人力、物力，既影响生产进度，又受车间场地限制。为了提高公交车车身焊接质量及车身结构统一性，从车身骨架结构分析、小总成分解，设计优化，提出车身骨架模块化设计焊接思路。

二、目前行业客车焊接夹具状态

目前客车行业多数的焊接夹具是传统的单片焊接夹具，根据设计产品图纸，按照对应的车身大片，设计对应的夹具，再对特殊需要保证的位置设计专用焊接夹具，如方向机支架、桥悬挂处、发动机处等关键位置。传统设计夹具的方式多为用矩形管或者钢板台面作为焊接基准面，再在基准面上分布定位单元，定位单元采用夹紧机构夹紧焊接原件。设计夹具需要满足工艺要求，使用方便，安全省力，既能改善劳动条件、节省劳动力，又具有通用化，系列化的特点。要结合现场实际条件，根据实际情况来设计夹具[2]。目前多数企业使用平放式焊接夹具，夹具水平放置在地面；也有部分企业采用的是立式焊接夹具，夹具竖起放置。这些焊接夹具形成的方式多和企业的场地布置、习惯操作有关，各有优缺点。

三、客车顶模块化焊接夹具思路

由于客车产品的种类多，标准统一的焊接夹具很难做到，而客车的车顶结构相对变化较小，一种平台系列的客车，车顶整体弧度和宽度一般不变，变化的一般是横梁间距、顶部长度、空调位置，因此客车顶最容易进行柔性焊接夹具设计。

本柔性化焊接夹具根据一般柔性夹具的特点，进行了一定的创新，主要由基础支撑部件、可换模块、可调整定位卡组成，如图1所示。

图1 柔性化焊接夹具结构图

1.基础支撑部件

可以根据需要设计成不同高度和长度的框架结构，在框架上部平面铺设导轨，轨道要求平整，下部安装金属轮，如图2所示。在导轨上安装和顶骨架横梁数量相仿的横梁，用于在轨道上运行，实现车身长度方向即X向的调节，横梁尺寸不易过宽，一般150～200mm左右，横梁的两端需钻孔，用于后面模块的安装，使用销轴定位是一种比较快捷的定位方式。横梁的调节可以根据需要再进行改进，可以加装伺服电机实现自动控制。

图2 基础支撑部件示意图

2.可换模块

可换模块是一种T型槽结构，通常是在一块钢板上铣出T型槽，此结构最为牢固，但成本较高。因此常用三块板材组合连接，在底层使用一块板材，中间铺设较窄板材，上面铺设较宽板材，实现所需的T型槽结构，如图3所示。底层的板材需要在T型缝隙挖出一定的长孔，用于焊接产生的飞溅物清理，所有板材加工完成后都需要进行防飞溅处理。模块两端有吊耳，用于换模块时候吊运。模块的两端打孔，用于固定在横梁上。

图3 可换模块结构示意图

3.可调整定位块

定位块由两部分组成，下部为靠山，上部为定位卡，一般为Q345钢材通过切割加工而成。下部靠山可以设计成标准件，为L形，使用T型螺栓安装固定在模块的槽内，可以沿着车身宽度方向即模块的槽内实现Y向的移动调节。靠山上还焊接螺栓螺母机构，螺母焊接在靠山的竖直面，调节螺栓可以托举住定位卡，防止定位卡下移，这对焊接夹具的准确定位尤为重要。在焊接过程中，工件的压力下，一般U型槽内定位卡会产生下移，故需要在定位卡下部增加支撑。定位卡上有两处U型导槽，通过螺栓锁紧在靠山上，可以上下调节高度，即实现Z向的调节。定位卡的开口根据定位工件进行设计大小，用于定位住不同规格的工件。