客車訂單式生產(chǎn)模式下的骨架工裝體系建立

石成義，劉　恒，丁學(xué)全，張令軍

（中通客車控股股份有限公司，山東聊城　252000）

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客車訂單式生產(chǎn)模式下的骨架工裝體系建立

石成義，劉恒，丁學(xué)全，張令軍

（中通客車控股股份有限公司，山東聊城252000）

摘要：介紹客車訂單式生產(chǎn)模式下，車身骨架所用工裝的設(shè)計(jì)原則及實(shí)際的應(yīng)用情況，并建立客車骨架工裝的體系。客車產(chǎn)品的隨動(dòng)性，決定了骨架工裝的隨動(dòng)性，也就決定了工裝設(shè)計(jì)的“通用化、模塊化、系列化”是體系建立的方向。

關(guān)鍵詞：訂單式生產(chǎn)；工裝體系；建立

我國(guó)客車行業(yè)的訂單式生產(chǎn)模式，使得客車生產(chǎn)企業(yè)在骨架工裝保障上也面臨著隨動(dòng)的設(shè)計(jì)制作保障方式。在這種行業(yè)背景和生產(chǎn)模式下，骨架工裝體系的建立對(duì)客車生產(chǎn)廠家來(lái)講是必不可少的。本文首先簡(jiǎn)單介紹客車骨架工裝（大片胎具）所面臨的問(wèn)題，然后結(jié)合六大片骨架工裝的設(shè)計(jì)原則、方案及應(yīng)用，重點(diǎn)論述訂單生產(chǎn)模式下客車骨架工裝體系建立的整體思路。

1　客車骨架工裝面臨的問(wèn)題

客車骨架是構(gòu)成客車車身的主框架，具有承載車身負(fù)荷，連接車身覆蓋件及各種車身附件的作用，生產(chǎn)制作中必須保證客車骨架的強(qiáng)度、剛度、關(guān)鍵位置的尺寸和形狀精度[1]。整體而言，車身骨架是由矩形鋼管焊接連接而成的剛性結(jié)構(gòu)，細(xì)分為頂蓋、左右側(cè)圍、前后圍、底架六大片[2]。訂單式生產(chǎn)模式導(dǎo)致六大片結(jié)構(gòu)不斷變換，骨架通用化不易實(shí)現(xiàn)，從而帶來(lái)了工裝設(shè)計(jì)、制作及管理等一系列的問(wèn)題。

1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)因素：產(chǎn)品通用性（化）程度不高制約了工裝的穩(wěn)定性，使工裝多變，改動(dòng)頻次過(guò)多，形成目前的訂單式工裝修整模式。

2）工裝設(shè)計(jì)因素：組合式工裝設(shè)計(jì)方式目前符合行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，是可行的，但因頻繁的改動(dòng)、倒換，工裝胎面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有待加強(qiáng)；定位結(jié)構(gòu)及位置不盡合理，定位精度較低，夾具使用有所欠缺，對(duì)焊接變形控制[3]實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少；工裝通用化、標(biāo)準(zhǔn)化有待加強(qiáng)。

3）工裝制作因素：首件產(chǎn)品單件的精度問(wèn)題，導(dǎo)致工裝的制作偏差。工裝制作質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，沒(méi)有把工裝胎具的制作當(dāng)作是嚴(yán)肅的工作，沒(méi)有把胎具當(dāng)作一種裝備、設(shè)備。

4）工裝胎具管理：目前行業(yè)生產(chǎn)狀況是，生產(chǎn)系統(tǒng)以生產(chǎn)訂單、保證生產(chǎn)計(jì)劃為工作重心，對(duì)工裝管理維護(hù)不夠重視，造成工裝管理被動(dòng)。此背景下，工裝制作周期大大縮短，造成質(zhì)量縮水，工裝制作標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)下降，制修后的檢驗(yàn)不到位。

2　訂單式生產(chǎn)模式下的骨架工裝體系建立

2.1工裝體系設(shè)計(jì)原則

1）推進(jìn)骨架小總成化組焊胎具，實(shí)現(xiàn)骨架小總成化直接上骨架車（或骨架大片），減少大片胎具組焊工作量。

2）提升胎具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化設(shè)計(jì)水平。

3）推進(jìn)子母胎設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

4）實(shí)現(xiàn)胎具定位結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，發(fā)展可調(diào)式通用定位；推廣應(yīng)用快速夾具、自動(dòng)夾具。

5）加強(qiáng)自動(dòng)化調(diào)整技術(shù)，推進(jìn)胎具柔性化，減少工裝數(shù)量，降低投入成本。

6）推進(jìn)新工藝、新裝備的應(yīng)用，減少轉(zhuǎn)序工作。

7）加快焊接機(jī)器人[4]的推廣應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)六大片骨架的自動(dòng)化焊接作工裝技術(shù)研究和準(zhǔn)備。

骨架工裝體系整體目標(biāo)：功用性（質(zhì)量、效率），一致性（設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、布局協(xié)調(diào)、美觀），后期自動(dòng)化匹配性。

2.2工裝方案及思路

2.2.1地板骨架組焊胎

1）原則及方案。對(duì)于地板骨架組焊，優(yōu)先推進(jìn)小總成組焊，減少單片焊接工作量，重點(diǎn)解決底橫梁對(duì)中、后高地板高度變換、駕駛區(qū)骨架定位精度、公路客車艙門(mén)尺寸及行李艙底骨架定位等難點(diǎn)。

在后高地板、駕駛區(qū)等處使用可手動(dòng)調(diào)節(jié)的升降胎架，降低胎面的高度需求；將左、右限位固定在同一胎面高度上，提高左、右限位的通用性；采用以中心為基準(zhǔn)的左、右限位模式；采用可調(diào)整式前、后限位模式；減少底架組焊胎具的改制時(shí)間，降低改制的勞動(dòng)強(qiáng)度；采用厚壁矩形鋼管、厚鋼板組焊胎面，提高胎面的使用壽命；胎面固定采用手動(dòng)夾具與氣動(dòng)夾具[5]相結(jié)合的模式；組件及格柵件逐步實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)夾緊。

2）實(shí)際應(yīng)用。整體布置采用“通用胎架（見(jiàn)圖1）+標(biāo)準(zhǔn)胎面”模式，即二者分離式。組焊胎架使用標(biāo)準(zhǔn)高度的通用組焊胎架，在通用胎具的基礎(chǔ)上增加可手動(dòng)調(diào)整高度的絲杠結(jié)構(gòu)并輔以抬高胎具（彌補(bǔ)城市客車車型后段與中前段的高度差），實(shí)現(xiàn)降低胎面的高度需求，同時(shí)提升胎面的通用性。胎面上的結(jié)構(gòu)是城市客車采用正胎模式，公路客車采用反胎模式。

在地板骨架組焊分工位將城市客車底架分成前、中、后三段；前、后段使用小總成反胎進(jìn)行組焊，完畢后翻轉(zhuǎn)卸料轉(zhuǎn)運(yùn)至地板骨架組焊工位。在總胎面上（正胎）對(duì)各分總成[6]進(jìn)行組焊。

對(duì)于公路客車，使用總胎面反胎結(jié)構(gòu)，為提高骨架車合車精度和內(nèi)飾件裝配精度，增加雙邊剛性限位及中間過(guò)道限位，上端增加活動(dòng)式卡桿，從而提高艙門(mén)框組焊精度。

在夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面，采用手動(dòng)夾鉗和氣動(dòng)夾鉗相配合的模式。通過(guò)采用新式機(jī)械夾具，能夠有效提升反胎施工的地板骨架的地板面平面度。

2.2.2左右側(cè)及頂蓋骨架組焊胎

1）原則及方案。對(duì)于公路客車側(cè)圍骨架無(wú)下裙立柱的車型，使用立式胎具（見(jiàn)圖2）模式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中存在的中門(mén)立柱、前圍立柱自身較長(zhǎng)的，可通過(guò)上下倒置解決（即形成反胎）。對(duì)于城市客車采用臥式胎具模式，并采用“通用胎架+標(biāo)準(zhǔn)胎面”分離式模式，但胎架與地板骨架胎架不同，它可實(shí)現(xiàn)升降旋轉(zhuǎn)功能。

頂蓋骨架的組焊接工裝也采用“通用胎架+標(biāo)準(zhǔn)胎面”分離式模式，胎架采用升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[7]（見(jiàn)圖3），預(yù)留翻轉(zhuǎn)功能，能夠保證后續(xù)在不改動(dòng)胎架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接。

2）實(shí)際應(yīng)用。側(cè)圍骨架工裝中，對(duì)立式胎具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)胎架強(qiáng)度，優(yōu)化胎面定位，實(shí)現(xiàn)胎面切換快速迅捷。定位塊采用模塊化、可調(diào)整方式，應(yīng)用快速夾具，實(shí)現(xiàn)工裝的柔性可調(diào)，滿足車型頻繁調(diào)整的適應(yīng)性；為實(shí)現(xiàn)焊接的可行性，在內(nèi)外焊接處增加移動(dòng)升降工作臺(tái)。側(cè)圍骨架同樣優(yōu)選小總成化上車。在城市客車中段、門(mén)框組件，公路客車中部組件基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品與工裝圖紙，提前組焊，減少總成焊接工作量。

頂蓋部分優(yōu)先推進(jìn)天窗、空調(diào)、頂置氣瓶等小總成組焊，減少單片焊接工作量[8]，胎面采用一體式模塊結(jié)構(gòu)，標(biāo)配車型采用固定擋鐵定位，改動(dòng)較大車型采用快速切換的可拆卸定位方式。根據(jù)工藝流程布局及工位節(jié)拍控制要求，決定內(nèi)飾固定件組焊流程。夾具采用氣動(dòng)為主、手動(dòng)結(jié)合方式。

2.2.3前后圍骨架組焊胎

1）原則及方案。采用整體式結(jié)構(gòu)，以使用正胎面為主，可嘗試使用反胎面，發(fā)展方向?yàn)樘ゼ芷脚_(tái)式結(jié)合可拆卸支撐腿結(jié)構(gòu)，支撐腿高低不一，其上帶有兼容性?shī)A具[9]。

2）實(shí)際應(yīng)用。采用整體式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高，前圍骨架實(shí)行總成化上車（前風(fēng)窗下中橫梁加刮水總成模塊化），定位結(jié)構(gòu)采用16～20 mm鋼板機(jī)鉗制作，采用合頁(yè)、活動(dòng)銷結(jié)構(gòu)。應(yīng)用凹胎，可提高外表面精度，減少制件對(duì)外表面精度的影響。

2.2.4底盤(pán)車架骨架組焊胎

1）原則及方案。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)胎具重新分塊，全部采用分總成化制作或提前預(yù)制作，并在總成胎具上進(jìn)行細(xì)化，按各分總成分塊，使用時(shí)采用分總成切換（根據(jù)訂單不同、結(jié)構(gòu)不同采用相應(yīng)的胎具模塊）模式，見(jiàn)圖4，實(shí)現(xiàn)子母胎設(shè)計(jì)理念。對(duì)胎具模塊也可采用柔性化組合胎具（見(jiàn)圖5）設(shè)計(jì)，可降低胎具模塊的投入費(fèi)用。

2）實(shí)際應(yīng)用。對(duì)于全承載車架，分塊處理、分總成設(shè)計(jì)胎具，最后進(jìn)行合裝。分塊處理時(shí)，可分為前懸段、中段、后懸段、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配段，使用大截面矩形鋼管、或者H型材制作組焊胎面，提高胎具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和胎具定位精度。胎架采用通用胎架、標(biāo)準(zhǔn)胎面結(jié)構(gòu)，增加定位塊強(qiáng)度及快速夾具。

對(duì)于三段式車架，優(yōu)化總成胎具（見(jiàn)圖6）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，縱梁采用氣動(dòng)定位夾緊裝置，各格柵采用翻轉(zhuǎn)或平移式定位結(jié)構(gòu)，前后段位置使用自動(dòng)升降裝置并左右?jiàn)A緊，在胎具上定位前后吊耳位置或?qū)S距進(jìn)行專門(mén)定位[10]（如銷孔定位）控制，各總成結(jié)構(gòu)中的橫梁根據(jù)前后位置，使用滑軌式的定位控制。

3　結(jié)束語(yǔ)

客車骨架工裝體系的形成，始終是以為客車骨架成型服務(wù)的一種工藝保證體系?？蛙囉唵问降纳a(chǎn)模式，決定了產(chǎn)品的隨動(dòng)性，也就決定了骨架工裝的隨動(dòng)性，我們一直在努力地向“通用化、模塊化、系列化”方向發(fā)展。在堅(jiān)持這個(gè)目標(biāo)且同時(shí)兼顧訂單不斷變化的實(shí)際情況下，我們?cè)诠羌芄ぱb的設(shè)計(jì)理念、原則、方案及實(shí)際的應(yīng)用上積累并逐步形成了一套切實(shí)可行的工裝保障體系。雖然還存在著諸多問(wèn)題，但它確實(shí)是客車行業(yè)所特有的焊裝工藝保證體系，需要行業(yè)的工程技術(shù)人員不斷地探索與創(chuàng)新，不斷地優(yōu)化與完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳文弟.客車制造工藝技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2002. 10.

[2]邱基族.客車骨架五大片制作精度要點(diǎn)簡(jiǎn)析[J].客車技術(shù)與研究，2010，32（1）：39-41.

[3]王國(guó)凡.鋼結(jié)構(gòu)連接方法及工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.2.

[4]陳善本.智能化機(jī)器人焊接技術(shù)研究進(jìn)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2007（3）：8-11.

[5]張國(guó)政，劉有余.PLC控制的多工序氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2012，5（10）：40-44.

[6]石成義.客車骨架應(yīng)用焊接機(jī)器人焊接的物料分類及布局特點(diǎn)[J].客車技術(shù)，2014（1）：21-23.

[7]崔龍飛，張龍，馬大為，等.某路錐收放車回轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].機(jī)床與液壓，2014，3（3）：142-147.

[8]周振豐.焊接冶金學(xué)（金屬焊接性）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[9]蔡瑾.組合夾具元件庫(kù)集成建模技術(shù)研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2009.

[10]王純祥.焊裝工裝夾具設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.4.

修改稿日期：2015-07-01

Establishment of Framework Fixture System Under Bus / Coach Order's Type Production Mode

Shi Chengyi, Liu Heng, Ding Xuequan, Zhang Lingjun
（Zhongtong Bus Holding Co., Ltd, Liaocheng252000, China）

Abstract：The authors introduce the design principles and practical application situation of the body framework used fixtures under the production mode of the bus / coach order's type, and build the fixture system of the bus / coach framework. The mobilityofbus / coach products determines the mobilityofframework fixtures, alsodetermines that the universalization, modularization and serialization of the fixture design are the directions of the system established.

Key words:order type production；fixture system；build

中圖分類號(hào)：U463.83+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1006-3331（2016）02-0043-03

作者簡(jiǎn)介：石成義（1983-），男，工程師；主要從事客車焊裝工藝工作。