铁路货车制造中柔性工艺装备的研究与开发

铁路货车制造中柔性工艺装备的研究与开发

郝福军沈建王建中

中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔161002

摘要：柔性工艺装备结构模块化设计的不断探索将为工装设计与制造带来新的理念与方向。科技要创新，思路要拓宽，我们要为今天的制造业发展走出新的路子。

关键词：铁路货车；柔性化；工艺装备

柔性工艺装配在现在的机械制造行业有着举足轻重的地位，铁路货车柔性装配在各种铁路货车的研制中也是中心环节，把握好柔性装配技术，才能提高铁路货车装配的质量和效率，减短铁路货车研发的周期，降低成本，才能实现利益的最大化。本文结合了铁路货车制造领域对于柔性装配的高要求进行分析，并且对柔性工装的发展状况进行了简要的概括，并提出了柔性工装控制系统的方案设计，为铁路货车柔性装配的进一步发展奠定了基础。

1柔性工装概述

我们提到的柔性工装结构设计从实用角度看包含三方面内容：一是工装元件能够灵活重组，元件、组件、合件能够重复分解和有机拼装，实际应用中实现预定的功能，重组后实现特定结构的柔性化；二是柔性工装的结构设计，这里引进模块化设计理念，需要预先建立数据库包括标准建库、模块元件库、单元模块库，利用设计软件根据实际用途灵活快速组装设计，完成柔性工装的图纸预设计，可以在产品本工序未加工前实现工装按计划组装；三是工装在设备之间的换装，要实现柔性快速换装，这就要求在设备上增加快换接口，达到同一工装能够快速在不同设备之间换装，不同工装在同一设备上实现快换，以达到换装的柔性化，这就需要进一步研究被加工零件与工装之间快速定位夹紧与换装。

2柔性工装的结构设计研究

2.1柔性工装结构设计的概念

我们提到的柔性工装结构是由标准件、基础件、合件、功能组件、单元模块等按照特定功能拼装而成，能够满足工艺要求，并能快速拆分重组的工装结构。要求元件具有很好的互换性和较高的精度及耐磨性，可以根据机床工作台的尺寸和不同零件的加工要求，选用所需要的元件、功能组件组装成各种工装结构，组装灵活方便，适应范围广。

2.2柔性工装结构设计方法

近年来，高科技的普及和专业软件的开发，虚拟装配的应用，为柔性工装结构设计、数据管理提供优越的条件。为此我们研究柔性工装结构设计。从2005年开始我们应用在UG平台上开发的组合工装结构设计kbe系统（西安易博开发）。它以UG系统为平台并与UG实现无缝集成。既可由用户选择系统提供的标准件、组件来进行虚拟装配，也可用系统提供的知识库（kbe）功能进行智能化选择标准件和组件进行虚拟装配（采用保定向阳厂生产的槽系中系列组合夹具元件）。

3柔性工装技术发展概括

3.1国外发展状况

早在二十世纪三十年代，英国的一家坦克制造厂就率先使用了柔性工装技术。并且他们在现代柔性工装技术中进行创新，使现代柔性工装的种类和工作原理更加的科学。

然而柔性工装技术开始应用于飞机设计中是在20世纪末，那时飞机数字化装配技术兴起，并且随后在美欧等发达国家迅速发展。在1994年欧盟提出在飞机上面的柔性工装控制系统方面的研究设计，并得出研究柔性工装控制系统的最终目标就是实现数字化无型架装配（JAM）。美国Boeing777研制周期缩短，出错率也减少了，成本也降低了，这成为制造研究柔性工装设备在数字化和技术化方面的双重突破。总之，柔性工装控制系统的设计在国外飞机制造业中起到了重要的作用，为国外机械制造业的发展也带来了美好的前景。

3.2国内发展状况

近年来，我国飞机制造业及科研院校在引进国外先进技术的同时，也对柔性工装控制系统的设计加以高度的重视，并对此进行了一系列的研究。尤其是在航空业和企业中的装备技术和组织管理方面，必须要采取先进技术。飞机制造业运用CAD技术在飞机型架中的创造与设计，建立了柔性工装控制系统的参数设计。

比如，西北工业大学的吴建军、谷雨等，他们设计的柔性工装控制，就是利用模糊控制的方法，调节机械执行机构控制系统的参数，以此来减少误差，从而实现控制系统装配与定位的同步控制。再比如，西北工业大学的王仲奇、肖庆东，他们也对柔性工装控制系统进行了开发与设计，所得的成果就是“十字架支臂式”定位装置，并将这个定位装置进行了数字化装配定位系统平台的组建，这也是在柔性工装控制系统方面的一大突破。

4柔性工装的模块化结构设计研究与探索

近年来，我们研究模块化设计，把组合工装结构设计思路用于专用工装结构设计，以提高设计速度和准确性，为以后的工装专业化设计、制造打好基础。因此，我们同样需要建立模块库，作为模块化设计的基础。

如何建立模块库，建成一个什么样子，什么样的要素可以作为模块，需要我们认真研，研究表明，在工装典型结构中，能够实现特定功能，并且应用过程中拓扑结构相对固定的组合或单元体称为模块。我们需要筛选不同种类工装结构，找出常用的典型结构，进一步拆分单元体，按照模块定义找出能够称为模块的部分，经专家论证后作为模块结构。将这些模块归类、参数化建模，并制定模块分类和命名原则，按照工装专业建库，将参数化模块模型分类入库，添加属性和预览图。

工装模块化程度提高，亦给工装制造带来方便，如果工装制造部门预先准备部分模块元件，工装制造时，如果直接能够应用的省去制造时间，能够实现快速反应，节省成本。

5铁路货车的工装柔性化

随着社会经济的高速发展，科学技术的日益更新，市场竞争的日趋激烈，铁路货车的多样化成为了铁路货运的主流趋势，要快速的融入到这一趋势之中，就应用低成本实现不同型号的货车实现相互转产。这样之后的结果就是以铁路货车制造工装的柔性化程度成为直接影响铁路货车制造水平的关键因素。

5.1定位单元的柔性化

定位单元：车辆装备制造的外形特征和产品的质量是由工装系统的定位单元所确保。传统的刚性定位单元产品局部外形一致的结构形式。这样做的目的主要是为了保证定位的精确性。现如今的铁路货车制造的定位单元柔性化能够很好的各类产品转型时定位平台的调整，为铁路货车的产品转型做出巨大贡献。

5.2夹紧单元的柔性化

夹紧单元：为了保证铁路焊接和铆接等科技工艺的正常进行以及生产质量，夹紧单元起着非常大的作用，它能够为车辆的制造提供动力的来源，能够很好的实现装配体之间的紧密衔接。铁路车辆制造中的夹紧单元发挥着重中之重的作用，由于铁路车辆的大部分组成部件都是由梁件以及板材之间的焊接。为了提高铁路货车制造的质量以及精确度，这就需要夹紧单元具有很好的精确度，这样才能够保证铁路车辆制造的焊接的质量。对工件形状变化时的适应性以及输出力的可调性是夹紧单元柔性化的主要功能。由于铁路货车制造正需要对不同的车型制造生产出不同的零部件，所以铁路货车制造急需夹紧单元的柔性化研究。这样就应该对夹紧单元进行标准化的设计，可以从不同型号的夹紧以及夹紧手臂间的机械接口方面下手，来实现铁路货车夹紧单元的柔性化设计。

5.3基础平台的柔性化

基础平台：铁路车辆的装配备需要一个制造平台，这个平台就是铁路制造的基础平台，基础平台中含有一些支撑件和一些基础件。传统的铁路货车制造需要大量的工人体力消耗，这样的形式已经不能适应时代的发展。为此出现了能够减轻工人劳动强度的可伸缩式平台结构，这样做不仅能够减少占地的面积还能够根据题录货车车型的不同随时的调整空间的布局，这就为铁路货车的制造形成了巨大的便利条件，基础平台的柔性化为铁路货车制造提供了前所未有的进步。

6结语

铁路货车柔性工装的应用能够很好的提高铁路货车产品制造的生产效率，本文主要阐述了铁路货车工装柔性化的一些关键技术，并且介绍了柔性工装的基本原理、柔性工装的结构体以及铁路工装的柔性化。

参考文献

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