1 車廂類產(chǎn)品介紹

汽車車廂一般由底板、前板、左/右邊板、后板四大部分構(gòu)成。前板、邊板和后板的結(jié)構(gòu)通常采用1～1.5mm 鋼板沖壓成瓦棱板，然后焊上邊框、立柱、栓鉤，頁板(如圖1 所示)。

圖1 車廂邊板焊接總成

對于不同的車型，所焊邊框、立柱、頁板均相同，且焊接工藝相同，只是焊接位置以及立柱數(shù)量和車廂總體長度不同，這就為柔性焊接夾具的設(shè)計提供了良好的基礎(chǔ)條件。

例如：以一套11 種產(chǎn)品混流生產(chǎn)的柔性焊接夾具設(shè)計來加以說明，其產(chǎn)品情況見下表：

由上圖及表可知：11 種產(chǎn)品寬度均為550mm，只是總長度和所焊立柱數(shù)量不同。但是，第一根立柱到邊框的尺寸均為270mm，最后一根立柱到邊框的尺寸也是270mm。因此我們將每種產(chǎn)品的第一根立柱和邊框分為一組，最后一根立柱和邊框分為一組，其余立柱各為一組。每組的定位夾緊裝置分別安裝在若干組移動滑臺上，以第一組滑臺為基準(zhǔn)，移動其它各組滑臺來實現(xiàn)不同車型的定位、焊接。

2 工藝情況分析

車廂邊板類焊接總成一般由4 個工位來完成，整個焊接過程形成一條流水線。各工序間焊后產(chǎn)品的傳遞采用滾道式運輸方式傳送，滾道傳輸高度距地面均為900mm。下面以邊板為例介紹一下各工序焊接內(nèi)容。（見圖2）。

圖2 車廂邊板總成焊接夾具流水線

1 序：瓦棱板、邊板上框、邊板下框焊接。

2 序：將上序合件與兩個端立柱焊接。

3 序：取中立柱放入夾具中定位、夾緊，與2序合件焊接。

4 序：上序合件與頁板和左/右栓鉤焊接。

由上面可知：11 種系列車型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有許多共同之處，許多部件零件可通用，故原有的焊接設(shè)備和專用設(shè)備完全可以通用。同時相似的產(chǎn)品又決定了11 種車型有了相似的焊裝工藝，而二者正是實施柔性化生產(chǎn)焊接夾具設(shè)計的基礎(chǔ)條件。因此該項目的混流設(shè)計不但可行，而且是最先進(jìn)、最合理、最經(jīng)濟(jì)的舉措。它不僅能節(jié)省占地面積，保持合理的工藝流程，而且能節(jié)省時間和資金，提高設(shè)備利用率，使投入資金降低70%。

3 夾具的柔性設(shè)計

通過對不同的車廂類產(chǎn)品和工藝進(jìn)行仔細(xì)分析比較，發(fā)現(xiàn)車廂類產(chǎn)品系列化程度較好，實現(xiàn)車廂類焊接夾具的柔性設(shè)計方案完全可能。

圖3 即為11 種車型混流生產(chǎn)的車廂邊板總成第4 工序焊接夾具總裝圖。該夾具動作原理如下：首先舉升機(jī)構(gòu)中的氣缸帶動滾輪升起，使?jié)L輪距地面900mm。將上工序焊接完成的邊板分總成在側(cè)滾輪機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向下，通過舉升機(jī)構(gòu)的滾道送入該夾具，然后舉升機(jī)構(gòu)中的氣缸下降，使制件落入夾具中，制件定位夾緊，再將頁板和栓鉤放入夾具分別定位夾緊后焊接。焊接完成后，松開夾緊，退料機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品從頁板的定位銷中退出（見后面詳細(xì)介紹），然后舉升機(jī)構(gòu)的氣缸再次動作，將制件升起至900 高，輸入下一工位。

當(dāng)生產(chǎn)多種車型時，靠移動滑臺改變各種產(chǎn)品的位置來實現(xiàn)不同產(chǎn)品的焊接。圖3 為生產(chǎn)8502015－13Y 車型的位置，當(dāng)生產(chǎn)8502015-11Y 車型時，工人只需將定位鎖緊機(jī)構(gòu)的限位銷拔起，推動相關(guān)滑臺移動到底板所示相應(yīng)車型位置，然后插入限位銷固定即可生產(chǎn)。由于混流生產(chǎn)車型較多，因此底板上的限位銷孔很多，為保證更換產(chǎn)品時快速、準(zhǔn)確，我們在每個銷孔上貼上標(biāo)簽，做好產(chǎn)品標(biāo)記。

盡管車廂類夾具由于所焊工序及所焊制件不同，致使焊接夾具有所不同，但是它的幾大機(jī)構(gòu)完全可以通用，我們將幾大通用機(jī)構(gòu)做成模塊。

3.1 舉升機(jī)構(gòu)

舉升機(jī)構(gòu)是該夾具中接料和運送工件的重要功能部件。接料和運輸時該機(jī)構(gòu)升起，焊接時該機(jī)構(gòu)落下。我們采用氣動雙導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)（見圖4）。由氣缸舉升，雙導(dǎo)柱導(dǎo)向，使?jié)L道升起運行平穩(wěn)，到位準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單可靠。

圖4 舉升機(jī)構(gòu)

對于多種車廂產(chǎn)品混流生產(chǎn)的夾具，由于車廂產(chǎn)品的總長度相差很大，最多相差2 米多，因此產(chǎn)品重

心不確定，給設(shè)計舉升機(jī)構(gòu)帶來了很大難度，選擇合理的舉升點布置舉升機(jī)構(gòu)是至關(guān)重要的。

圖3 中舉升機(jī)構(gòu)1、2、3 可根據(jù)產(chǎn)品長度的改變移動到產(chǎn)品的重心位置。舉升時始終保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性和平衡性。舉升機(jī)構(gòu)4 用于該工序和下一序產(chǎn)品退料的銜接。

3.2 側(cè)滾輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

側(cè)滾輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由側(cè)滾輪和下滾輪共同組成（見圖5）。每個滾輪采用深溝球軸承，運行靈活，使用壽命長。

圖5 側(cè)滾輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 圖6 頁板定位機(jī)構(gòu)

側(cè)滾輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于該夾具的兩端，便于接料和退料。當(dāng)制件在輸送線上傳送時，為防止制件偏離夾具，應(yīng)對產(chǎn)品寬度方向進(jìn)行初限位，側(cè)向滾輪既可以對產(chǎn)品導(dǎo)向又方便產(chǎn)品運輸,下滾輪高度與傳輸滾道高度（900mm）一致。

3.3 定位夾緊機(jī)構(gòu)

3.3.1 邊框定位頂緊機(jī)構(gòu)

車廂產(chǎn)品型面簡單，但輪廓尺寸較大，焊接變形大，關(guān)鍵要選擇最科學(xué)、最合理的定位夾緊方式，最大限度地減小焊接變形，以保證焊后整體精度。此夾具以一側(cè)邊框做為定位基準(zhǔn)，另一側(cè)邊框用氣缸頂緊。邊框定位頂緊機(jī)構(gòu)共選擇了7 處（見圖3）。

3.3.2 頁板定位機(jī)構(gòu)

圖6 為頁板定位機(jī)構(gòu)，頁板采用端面及定位銷定位，氣動夾緊，正因為頁板的側(cè)向銷孔定位，焊后必須有退料機(jī)構(gòu)將制件退出定位銷，然后制件舉升。

3.4 退料機(jī)構(gòu)

由于頁板上側(cè)向定位銷的限制，焊完后，制件無法上下取出，此外焊接后會產(chǎn)生不同程度的變形，因此必須采用退料機(jī)構(gòu)，用氣缸將制件推出定位銷，然后再由舉升機(jī)構(gòu)將制件頂起輸送到下一工位。（見圖7）。

圖7 退料機(jī)構(gòu) 圖8 限位鎖緊機(jī)構(gòu)

3.5 設(shè)計高精度移動滑臺，保證系列車型的尺寸變化

為實現(xiàn)多種車型的混流生產(chǎn)，最簡單可靠的方式是采用移動滑臺帶動各機(jī)構(gòu)適應(yīng)系列車型尺寸變化。為了保證滑臺的運動精度，我們在移動滑臺上使用了一般只在數(shù)控機(jī)床采用的高精度線性滾珠導(dǎo)軌。該導(dǎo)軌由長導(dǎo)軌和帶有滾珠的滑塊組成，導(dǎo)軌兩側(cè)和滑塊內(nèi)側(cè)都平行延伸著四條弧形滾道，使鋼珠在運動中有良好的線性接觸。因此導(dǎo)軌運行平穩(wěn)，精度高，機(jī)械能耗小，運動速度快。

此外，導(dǎo)軌中鋼珠的過盈配置能實現(xiàn)不同的預(yù)負(fù)荷，完全可以承受滑動部分的重量。充分保證了滑臺平穩(wěn)、自如地運行。

3.6 限位鎖緊機(jī)構(gòu)

為準(zhǔn)確控制滑臺的移動行程 ，我們設(shè)計了定位銷進(jìn)行限位（見圖8）。滑臺到位后，安裝在滑臺上的定位銷插入到固定臺上的限位孔里，保證定位準(zhǔn)確，使用方便，完全滿足產(chǎn)品設(shè)計精度和工藝要求，保證整車質(zhì)量。

4 合理利用有限空間，使系列車型柔性化生產(chǎn)焊接夾具更緊湊、更科學(xué)

由于多種車型混流生產(chǎn)，最短的總長2593mm，焊立柱4 根，最長的4690mm，焊立柱7 根。為適于多種車型的變化，每根立柱要采用一組滑臺，由于長度差異太大，每組滑臺的移動會出現(xiàn)相互干涉，各機(jī)構(gòu)布局緊張等現(xiàn)象。因此設(shè)計中我們必須嚴(yán)格遵循四點設(shè)計原則：

(1) 設(shè)計部件及移動滑臺不能影響制件的裝焊及焊接操作；

(2) 各種車型的功能部件不能相互干涉，既要布局合理，又要結(jié)構(gòu)緊湊；

(3) 設(shè)計部件結(jié)構(gòu)要靈活可靠，操作簡單，便于更換車型，維修方便；

(4) 夾具要有明顯標(biāo)識，便于生產(chǎn)工人頻繁更換車型生產(chǎn)需要。

設(shè)計中將每一組邊框定位頂緊機(jī)構(gòu)、頁板定位機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)等安裝在一組滑臺上，編上號，再根據(jù)每種車型兩立柱間距離尺寸的變化移動滑臺。如：以1 號滑臺為基準(zhǔn)，11 種車型的立柱間距分別為735、683.5、651、723、684、783、695、551、931、645、651，那么2 號滑臺就要設(shè)置11 個移動位置，相對需有十一個限位孔（見M 放大圖）因孔位較多，必須作出標(biāo)識便于更換車型。如：2（03 08 011）表示2號滑臺03 號車型、08 號車型、011 號車型限位銷的位置。為減少大底架的孔位加工，在底架上安裝若干過渡板，在過渡板上加工限位孔。不僅降低大底架的加工難度，而且過渡板可更換。當(dāng)生產(chǎn)新車型時，只需更換過渡板，此過渡板的限位孔可根據(jù)新車型的需要重新排列加工。從而降低工裝的再投入成本。

此夾具共設(shè)計9 組移動滑臺及128 組限位孔，7 組邊框定位頂緊機(jī)構(gòu)、7 組頁板定位機(jī)構(gòu)、4 組舉升機(jī)構(gòu)、1 組退料機(jī)構(gòu)、2 組栓鉤定位機(jī)構(gòu)，4 組側(cè)滾輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，2 條貫通式高精度導(dǎo)軌，總計170 余種機(jī)構(gòu)安裝在夾具底板上。

5 采用通用化、模塊化設(shè)計使設(shè)計、制造、安裝調(diào)試周期最短創(chuàng)歷史記錄

我們本著柔性化的設(shè)計原則，采用模塊化的設(shè)計方法，對車廂產(chǎn)品功能和焊夾結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將經(jīng)常的、重復(fù)使用的、具有共性的零部件進(jìn)行簡化和系列化，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后成為具有獨立功能的通用件，如：上面介紹的雙導(dǎo)柱舉升機(jī)構(gòu)、側(cè)滾輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、定位夾緊機(jī)構(gòu)、退料機(jī)構(gòu)、限位鎖緊機(jī)構(gòu)等。利用計算機(jī)輔助設(shè)計和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，將其結(jié)構(gòu)實形完整繪制后作成圖塊，形成一個專用于焊裝生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，同時建立通用件、外購件等多個參數(shù)庫，在設(shè)計時直接以模塊方式調(diào)用插入到設(shè)計圖紙中。使設(shè)計在一個較高的起點上進(jìn)行，提高設(shè)計效率75%。同時大量的通用件降低了制造成本，促進(jìn)了制造效率的提高，為解決日益縮短的工期給設(shè)計造成的壓力，找出一條科學(xué)的設(shè)計方法。

6 多品種混流生產(chǎn)柔性焊接夾具的CAD 設(shè)計技巧

該項目混流產(chǎn)品多，夾具繁雜，各功能部件多，夾具布置易出現(xiàn)干涉、操作不便等現(xiàn)象。以往手工畫圖將十余種產(chǎn)品及各部件同時羅列體現(xiàn)在一張總圖中，圖面復(fù)雜，差錯率大。如今我們充分利用計算機(jī)的優(yōu)勢，采用AutoCAD 中“層”的設(shè)計技巧，將多個產(chǎn)品分別做到不同的層中，一個產(chǎn)品一個層，通過對層設(shè)定不同的顏色來區(qū)分各個產(chǎn)品在總圖中的位置，再利用層的“開與關(guān)、鎖與解鎖、凍與解凍”等功能，按照單一產(chǎn)品組裝各功能部件，每一個層就是一個產(chǎn)品的單一夾具。設(shè)計者可以利用層的功能移動各個滑臺，一個產(chǎn)品一個產(chǎn)品地來模擬夾具的安裝與操作，確保多品種混流夾具設(shè)計的正確性。

該項目的設(shè)計成功將為我廠及國內(nèi)各大汽車生產(chǎn)廠家少投入、快產(chǎn)出、搶市場、創(chuàng)效益提供了寶貴經(jīng)驗。

（轉(zhuǎn)載）