客車制造柔性工裝夾具的應用探討

楊啟俊

摘 要：現代制造過程中，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。在訂單式的生產影響之下，車型、各部件等結構多、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，能夠減少客車制作過程工藝裝備上的成本、提高生產效率、降低工裝改動頻次、同時也能使設計人員在工裝研發中的工作量減少。基于此，文章就客車制造柔性工裝夾具的應用進行研究，具體內容供大家參考和借鑒。

關鍵詞：客車制造；柔性；工裝夾具；應用

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、質量、一致性的重要保障。而柔性工裝應用是構建非通用化結構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，增加多種結構的柔性固定結構，能達到多種不同結構上的通用，降低工裝胎具重復設計制作的頻次，提高工裝的使用效率，減少工件在制作完成后的焊接變形，對工件質量提供保障。所以柔性工裝是客車制造行業，甚至是汽車制造行業工裝設計制作的一種發展方向。

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，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。與傳統夾具相比，柔性加工環境下，柔性夾具有明顯的優越性：減少了設計、制造專用夾具的時間和成本，節省了提供重復的專用夾具的開支，增強了規劃和編程能力，對中小批量設計變化大、面向用戶的產品可高效、及時供貨。

2柔性工裝夾具的基本結構組成及工作原理

柔性工裝焊接夾具是集標準化、通用化、系統化的模塊系統，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快速的定位、連接、裝夾工作，實現產品的定位，在工件的三維尺寸方向上可以隨意的快速調整，可以適應各種結構變化；工作平臺五個工作面可以直接對接擴展延伸或者通過導軌加長延伸，增加作業半徑，柔性工裝夾具既可以適應焊接和裝配，也可以作為檢具、量具使用。

現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，這些部件可以根據產品結構不同自由組合，方便靈活，能適用于所有類型工件結構，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結構和現代化結構之間的一種類型，在部分小總成模塊上應用先進的柔性工裝技術，但在一些大總成上使用的是傳統與柔性相結合的方式，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的非柔性結構，如圖1所示的小模塊結構。而在經常變動的小總成部件工裝中，設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用

3.1前后圍骨架柔性工裝結構應用

前圍、后圍骨架總成由于結構上的相同特點，往往都是以一種形式或者是一起被提及，在工裝結構的使用上也是具有相同的形式，都是采用的凸胎結構，而且都是類似空間結構。在柔性工裝夾具的應用和設計上都是小模塊化，因為在產品結構、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構變化，各個制造企業在柔性工裝中的應用也大不相同，他們有些采用的是外購方式，請專業的制作廠家來制作某一產品的柔性工裝夾具，如圖3所示。

采用骨架框架的工裝結構，活塊式的定位、在易變動的位置使用柔性方式，增加工裝在產品種類上的應用，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節的活動定位方式，而在路牌這個頻繁變動的位置設計滑軌式的結構，可以適合全系，同時呢，在骨架結構其他變化，如加寬、降高等變化上，在立柱位置也會增加活動結構。

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

3.2頂蓋骨架柔性工裝結構應用

提到頂蓋骨架，從工裝的角度講，往往會意識到它結構很簡單，工裝在設計的時候可能會更容易實現柔性化，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、空調的位置、加寬、縮窄等骨架結構的變化都很頻繁，同時由于內飾等部件的改變也會影響頂蓋骨架工裝的設計問題。

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計，同時，根據車型訂單要求在結構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，也有很多專業工裝制造公司在頂蓋骨架工裝設計中，摻入很多活動的模塊，使之更能達到客車在產品結構上的工裝柔性化，它也體現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構，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，最終在車型結構需求中實現產品的產出。

3.3左右側骨架柔性工裝結構應用

左右側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構方式存在，根據訂單的不同或者由于客戶對某些位置的要求，就會影響左右側圍骨架結構變化。左右側圍骨架的變化，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變化，這會影響到工裝設計時對上述位置的定位。如果是傳統工裝結構，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，根據左右側圍骨架的特點，會在變化多的位置考慮柔性化的結構設計，使之通用化更強，使用長久，且更換效率高。

在上述的結構應用中，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，根據以往的經驗設計，總結出來的柔性工裝夾具結構，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，不是能夠適應所有的車型結構，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，影響投產效率。但是，在這種比較專業的柔性工裝中，設計人員可以引入需要的結構，相互結合，從而滿足客車制造的長遠規劃目標。

3.4底架骨架柔性工裝結構應用

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構，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，也可以有長途車結構和公交車結構等之分，隨著客車制造的發展，對客車底架的結構也有了一種新的認識。而在全承載底架結構的發展形成了趨勢，也逐漸的形成了主導結構，它的結構實行其實與長途車的地板骨架結構是類似的，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構，所以底架柔性工裝也是在這兩種結構中應用最為廣泛，也是被研究最多的、最容易實現的骨架結構。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，設定一個統一的基準，將工裝進行分塊處理，從而控制裝夾精度。

結束語

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

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