全焊鋁合金B(yǎng)型地鐵車輛車頂自動(dòng)焊工裝柔性化設(shè)計(jì)

雷 莉 尹洪權(quán)

(1.中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031；2.南京中車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210031)

全焊鋁合金B(yǎng)型地鐵車輛車頂自動(dòng)焊工裝是對鋁合金B(yǎng)型地鐵項(xiàng)目車頂整體裝夾、準(zhǔn)確定位和可靠夾緊，便于車頂進(jìn)行裝配和焊接，保證車頂焊接精度的工藝裝備，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，加速焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化進(jìn)程等方面起著非常重要的作用[1]。

1 設(shè)計(jì)背景

鋁合金B(yǎng)型地鐵車輛車頂自動(dòng)焊工裝在多項(xiàng)目轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)，須對工裝進(jìn)行換型，換型時(shí)間大概2天左右，所以在多項(xiàng)目共線生產(chǎn)時(shí)原工裝換型時(shí)間不能滿足目前生產(chǎn)節(jié)拍需要，須對該工裝進(jìn)行柔性化改造，使之同時(shí)滿足所有B型項(xiàng)目的生產(chǎn)需要。

2 設(shè)計(jì)分析

鋁合金B(yǎng)型地鐵車輛車頂自動(dòng)焊工裝采用車頂整體裝夾模塊，要使該工裝能夠同時(shí)滿足多個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)需要，就必須在整體通長結(jié)構(gòu)下，型材的定位點(diǎn)不變以保證車型轉(zhuǎn)換時(shí)車頂?shù)恼w輪廓度，同時(shí)立柱上的夾具可以隨車型的變化滑動(dòng)，方便車型的轉(zhuǎn)換。

與之同時(shí)該工裝還必須滿足以下幾個(gè)方面：

(1)應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度，工裝在生產(chǎn)投入使用時(shí)要承受多種力度的作用。

(2)夾緊時(shí)的可靠性，既不能允許工件松動(dòng)滑移，又不使工件的拘束力過大而產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力，有效防止和減輕焊接變形，減小尺寸偏差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)焊接操作的靈活性。使用時(shí)應(yīng)保證足夠的焊接空間，使操作人員有良好的視野和操作環(huán)境，使焊接生產(chǎn)全過程處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

(4)便于工件的裝卸。操作時(shí)應(yīng)保證工件在裝配定位焊接后能夠順利的取出，工件在翻轉(zhuǎn)或吊運(yùn)過程中不受損壞。

(5)良好的工藝性。所設(shè)計(jì)的工裝便于制造、安裝、操作、檢驗(yàn)、維修和更換易損零件。

(6)能夠在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率，并改善了工人的勞動(dòng)條件。

3 設(shè)計(jì)方案制定

(1)鋁合金B(yǎng)型地鐵車輛車頂自動(dòng)焊柔性化工裝采用車頂整體定位支撐面模塊，整體通長結(jié)構(gòu)下，型材的定位點(diǎn)不變，保證了車型轉(zhuǎn)換時(shí)車頂?shù)妮喞?。同時(shí)定位支撐面兩側(cè)的可快速拆卸的仿形定位面由定位銷定位，保證定位準(zhǔn)確，使車型的轉(zhuǎn)換方便、快捷。

(2)正裝定位支撐面和反裝定位支撐面分別集成于可旋轉(zhuǎn)支撐橫梁的2個(gè)相互垂直的立面上，每個(gè)定位支撐面所在的支撐橫梁端部各有2個(gè)橫梁止擋塊，在對正、反裝工裝切換時(shí)能夠準(zhǔn)確保證旋轉(zhuǎn)支撐橫梁的旋轉(zhuǎn)角度，保證定位后的整體撓度。

(3)所有定位面(有尺寸要求的面)選擇鋁合金材質(zhì)，并采用整體機(jī)加工下料，定位面上對所涉及到所有項(xiàng)目切換時(shí)焊縫與工裝接觸處開圓弧槽，避開焊縫，提高工裝定位面對工件定位的準(zhǔn)確性[2]。

(4)所有夾緊、側(cè)拉緊裝置對稱布置，夾緊裝置能夠?qū)崿F(xiàn)不同項(xiàng)目的通用和快速切換，使多項(xiàng)目在不改動(dòng)工裝的情況下一次性裝夾，保證項(xiàng)目之間快速交替組裝焊接。所有夾緊、側(cè)拉緊裝置與工件接觸的壓頭采用5系/6系鋁合金材質(zhì)，工裝定位夾緊裝置無尖角[3]。

(5)定位塊通過加墊片或長圓孔實(shí)現(xiàn)微調(diào)，兩側(cè)的夾緊結(jié)構(gòu)采用“可打開式”裝夾，即保證工件吊運(yùn)時(shí)能夠順利起落。

4 工裝介紹與操作

4.1 工裝總體介紹

工裝主要由工裝基座、旋轉(zhuǎn)支撐橫梁、橫梁止擋塊、定位支撐面、夾緊裝置、側(cè)拉緊裝置、端部定位裝置部分組成如圖1所示。

圖1 工裝視圖

工裝基座上設(shè)有等間距的18根可旋轉(zhuǎn)支撐橫梁，所有支撐橫梁通過一根通長的方鋼梁連接在一起，在工裝基座縱向中心的兩端部各有1個(gè)氣缸，支撐橫梁可在端部氣缸的作用下90°來回旋轉(zhuǎn)，在支撐橫梁端頭各有2個(gè)橫梁止擋塊，在氣缸作用下支撐橫梁旋轉(zhuǎn)90°后橫梁止擋限位，保證支撐橫梁旋轉(zhuǎn)后位置。 在每個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐橫梁2個(gè)橫梁止擋塊所在面上分別布有正裝定位支撐面和反裝定位支撐面，正裝定位支撐面兩端有夾緊壓臂裝置，反裝定位支撐面兩側(cè)有夾緊壓臂裝置和側(cè)拉緊裝置，通過氣缸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)支撐橫梁來實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目的車頂正、反裝快速切換。

不同項(xiàng)目車頂外輪廓度均相同，內(nèi)輪廓度兩側(cè)位置處不同。對工裝正裝定位支撐面進(jìn)行柔性化設(shè)計(jì)加工，在定位支撐面所有焊縫所在區(qū)域開圓弧槽，避開焊縫，兩側(cè)和兩端布置的夾緊壓臂裝置、側(cè)拉緊裝置對車頂進(jìn)行壓緊，在不同項(xiàng)目切換時(shí)只需選擇相應(yīng)端部定位和壓臂即可。在工裝基座二位端部和正裝定位支撐面一位端設(shè)有端部定位，定位支撐面和旋轉(zhuǎn)支撐橫梁實(shí)現(xiàn)工裝的柔性化和快速定位。

4.2 工裝操作說明

4.2.1圓頂反裝

(1)在圓頂型材鋪裝前一、二位側(cè)所有夾緊壓臂處于位置1處，圓頂型材鋪裝插接后二位側(cè)壓臂至位置3處不動(dòng)，活動(dòng)銷插好。

(2)將一位側(cè)壓臂至位置2處，活動(dòng)銷插好，操作位置2處夾緊壓臂，使型材側(cè)邊緣與壓臂緊靠。

(3)夾緊壓臂為通用結(jié)構(gòu)，可通過調(diào)節(jié)其在基座上的位置來實(shí)現(xiàn)不同的圓頂結(jié)構(gòu)的壓緊(見圖2)，既滿足了不同項(xiàng)目的圓頂夾緊和工裝的工藝優(yōu)化，又實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的快速切換。

圖2 圓頂反裝工裝圖

4.2.2圓頂正裝

(1)旋轉(zhuǎn)壓臂2使定位銷孔1與壓臂套筒上定位銷孔2對齊，用定位銷將其固定，固定后如圖3所示。

(2)圓頂正裝落胎后調(diào)整兩側(cè)搭接量，旋轉(zhuǎn)壓臂將兩側(cè)夾緊。

圖3 圓頂正裝工裝圖

(3)圓頂正裝吊運(yùn)前用活動(dòng)銷將仿形定位面快速插接在正裝定位支撐面兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)壓臂將兩側(cè)夾緊，圓頂正裝壓緊如圖4所示。

圖4 圓頂正裝壓緊圖

正裝工裝上的定位銷孔對壓臂旋轉(zhuǎn)起到限位作用，在工裝切換時(shí)壓臂不會(huì)與工裝發(fā)生干涉。通過在正裝定位支撐面兩側(cè)增加快速插接的仿形定位面和集成與壓臂套軸上的不同壓臂，來實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目工裝的快速切換。

4.2.3圓頂與車頂邊梁正裝

(1)車頂邊梁落胎前側(cè)頂緊旋至最外，并使壓臂2與壓臂套筒上定位銷孔2對齊后用定位銷固定。

(2)邊梁落胎，調(diào)整邊梁與工裝二位端端部定位靠齊，旋緊側(cè)頂緊及壓臂1，如圖5(a)所示。

(3)圓頂落胎后調(diào)整與邊梁搭接量滿足工藝要求，搭接間隙如不滿足要求，用壓臂2夾緊圓頂使間隙滿足焊接要求，如圖5(b)所示。

圖5 圓頂與車頂邊梁正裝圖

4.2.4圓頂與車頂邊梁反裝

(1)夾緊壓臂處于打開狀態(tài)。

(2)車頂反裝落胎后在邊梁兩側(cè)裝上可快速拆卸的側(cè)拉緊裝置，旋緊(見圖6)。

(3)車頂落胎后調(diào)整側(cè)拉緊裝置，使邊梁開擋滿足工藝要求。

(4)焊接后等焊縫冷卻后拆除側(cè)拉緊裝置，吊運(yùn)車頂。

圖6 圓頂與車頂邊梁反裝圖

5 結(jié)論

實(shí)踐表明，鋁合金B(yǎng)型地鐵車輛車頂自動(dòng)焊工裝柔性化工裝整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，安全穩(wěn)定可靠，操作簡單實(shí)用，具有很強(qiáng)的通用性。該柔性化工裝同時(shí)滿足了多項(xiàng)目車頂自動(dòng)焊的生產(chǎn)需要，工裝換型時(shí)間由原來的4 h縮短至現(xiàn)在的15 min，大大提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，滿足了生產(chǎn)節(jié)拍，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)工裝的柔性化改造降低了工裝的新制成本。