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摘 要：本文主要介绍了三维柔性夹具系统及其在轨道行业中的应用。随着轨道行业的快速发展，高精度、高质量、多品种的焊接产品已成为企业生产的主要目标。三维柔性夹具由各种标准化、系列化、通用化的模块组成，具有经济性、灵活性、精确性和耐用性等特点，能够较好的顺应轨道行业的制造特点和发展趋势，将会在实际生产中得到了越来越多的应用。
关键词：轨道行业;焊接工艺;柔性夹具;应用研究;经济性
1 概述
随着轨道行业的迅猛发展、市场竞争的日益激烈，产品更新换代日趋频繁.多品种，小批量生产占有较大的比重，加之国内外市场竞争日益加剧和科学技术的迅速发展，迫使产品不断改进和更新，而产品更新的周期将越来越短，小、中批量生产的比重将有继续增长的趋势。近些年来，先进焊接技术的进步和发展，极大地推动了焊接工艺在轨道行业零部件生产中的使用。使用工装夹具合理、正确地安装和固定各个零部件，是进行零部件焊接工艺的先决条件。焊接夹具对零部件焊接工艺的质量、焊接的生产效率和成本有着直接的关键的影响。一般地，工装夹具设计和制造的相关成本占整个生产系统的10% ～20%。因此，焊接工装夹具在制造业中获得了广阔的应用空间。
近几年来，用一道工序或者一种产品配一套专用夹具传统的生产方式，由于设计、制造专用焊接夹具的周期长、成本高，已经不能满足产品的更新换代。三维柔性焊接夹具系统以其模块化、标准化、系列化、通用化、和高性价比的特点，在柔性化中小批量生产中应用越来越普及，具有越来越大的发展应用前景。
2 三维柔性焊接夹具的介绍
柔性焊接夹具是指具有定位、组装、压紧多种不同焊接工件能力的夹具，包括组合夹具、可调夹具等。组合夹具包括槽系组合夹具（如图1）和孔系组合夹具（如图2），本章主要介绍孔系组合夹具。
孔系组合夹具是由各元件间通过孔與销来实现定位，具有精度高、刚性好、易于组装等特点。 这类夹具只要更换或调整个别定位、夹紧、导向元件，就可以用于多种零件的加工，所以它不仅适合多品种、小批量生产的需要，而且也适合在少品种、较大批量生产中应用。
柔性焊接夹具的分类：按孔系分为：Φ28和Φ16两大系列，按结构分为二维平台和三维平台，按材料分为钢件和铸件及复合板;28系列孔距为100 mm，16系列孔距为50 mm，平台上刻有相应的网格线
三维柔性焊接夹具由焊接平台、定位装置、支撑装置、压紧装置等元件构成。
三维柔性组合焊接工装系统的特点：（1）夹具元件均实现模块化、标准化、系列化，互相匹配，可在三维空间像搭积木式地任意拼装，几乎可达到任何专用夹具同样的定位和夹紧功能。在工作台和模块上，以25 mm为整数倍的尺寸都可以直接找到，再配上少量的调整块，便可十分方便的准确定位。（2）高精度。工作台和所有功能模块均具有很高的加工精度，工作平台的平面度误差0.1 mm/1 000 mm，定位孔的位置误差在100±0.05 mm 以内，夹具支承面的垂直度和平行度为0.15 mm/1 000 mm。（3）重复性。使用二维或三维 设计软件，可以非常方便地对样件进行模拟装配。精确的模块尺寸保证了装配精度，节省了产品的开发时间和成本。
3 三维柔性焊接夹具在轨道行业的应用案例
柔性夹具组装就是将柔性夹具元件按照一定的原则，装配成具有一定功能的柔性夹具的全过程。柔性夹具的组装，其本质和设计制造一套专用夹具完全相同，是一个复杂思维（设计）和动手装配（制造）的过程。它可以根据各种零部件不同的特点以及对夹具的要求而进行组装设计。根据零部件尺寸精度分析的要求，从所要求规格的元件中挑选合适精度的元件。按零部件焊接所要求的位置和数量安装各定位块，用快速锁紧销地连接成不同形式的组装单元，由组装单元装配成不同的结构，最后组装成完整的夹具。通常一套柔性夹具的组装顺序是基础部分---定位部分---导向部分---压紧部分。装配时要对各有关尺寸进行测量和调整，以达到精度要求。夹具上有关尺寸的公差通常取工件的相应公差的1/2～1/3，若工件相应尺寸为自由公差，夹具尺寸公差可取±0.05 mm，角度公差可取±5’。
目前，三维柔性焊接夹具在轨道行业中的应用属于初级阶段，主要用于车体附件和内装焊接件的定位、支撑和压紧。三维柔性焊接夹具在使用过程中，首先根据零部件的尺寸和焊接工艺确定装配顺序和固定点;然后采用三维软件进行辅助设计，确定各定位块、支撑块、压紧器的位置，并标注其相应的尺寸;最后根据计算机辅助设计的位置和尺寸进行组装零部件的焊接夹具。以下是比较典型的零部件在焊接过程中使用三维柔性焊接夹具的案例，如图3、图4。
4 展望未来
随着先进计算机辅助工装夹具设计系统在制造企业中的应用，三维柔性焊接夹具会向着高精度、高效率的方向发展，也将会全面实现模块化、标准化、系列化。尤其近几年轨道行业的快速发展，三维柔性焊接夹具的经济性、灵活性、精确性等特点会越来越显著，在中小批量生产中的应用将会越来越普及。我们应该密切关注和学习国内外先进柔性夹具技术的开发和应用成果，用先进的技术和理念来提升三维柔性焊接夹具的工艺应用。
参考文献：
[1]余建军，任治军，王辉.先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J].机床与液压，2011，39（12）：115-121.
[2]邹方.柔性工装关键技术与发展前景[J].航空制造技术，2009（10）：34-38.
[3]朱正德.柔性夹具系统及其在现代轿车制造业中的应用[J].汽车工艺与材料，2001（9）：42-46.
关键词：轨道行业;焊接工艺;柔性夹具;应用研究;经济性
1 概述
随着轨道行业的迅猛发展、市场竞争的日益激烈，产品更新换代日趋频繁.多品种，小批量生产占有较大的比重，加之国内外市场竞争日益加剧和科学技术的迅速发展，迫使产品不断改进和更新，而产品更新的周期将越来越短，小、中批量生产的比重将有继续增长的趋势。近些年来，先进焊接技术的进步和发展，极大地推动了焊接工艺在轨道行业零部件生产中的使用。使用工装夹具合理、正确地安装和固定各个零部件，是进行零部件焊接工艺的先决条件。焊接夹具对零部件焊接工艺的质量、焊接的生产效率和成本有着直接的关键的影响。一般地，工装夹具设计和制造的相关成本占整个生产系统的10% ～20%。因此，焊接工装夹具在制造业中获得了广阔的应用空间。
近几年来，用一道工序或者一种产品配一套专用夹具传统的生产方式，由于设计、制造专用焊接夹具的周期长、成本高，已经不能满足产品的更新换代。三维柔性焊接夹具系统以其模块化、标准化、系列化、通用化、和高性价比的特点，在柔性化中小批量生产中应用越来越普及，具有越来越大的发展应用前景。
2 三维柔性焊接夹具的介绍
柔性焊接夹具是指具有定位、组装、压紧多种不同焊接工件能力的夹具，包括组合夹具、可调夹具等。组合夹具包括槽系组合夹具（如图1）和孔系组合夹具（如图2），本章主要介绍孔系组合夹具。
孔系组合夹具是由各元件间通过孔與销来实现定位，具有精度高、刚性好、易于组装等特点。 这类夹具只要更换或调整个别定位、夹紧、导向元件，就可以用于多种零件的加工，所以它不仅适合多品种、小批量生产的需要，而且也适合在少品种、较大批量生产中应用。
柔性焊接夹具的分类：按孔系分为：Φ28和Φ16两大系列，按结构分为二维平台和三维平台，按材料分为钢件和铸件及复合板;28系列孔距为100 mm，16系列孔距为50 mm，平台上刻有相应的网格线
三维柔性焊接夹具由焊接平台、定位装置、支撑装置、压紧装置等元件构成。
三维柔性组合焊接工装系统的特点：（1）夹具元件均实现模块化、标准化、系列化，互相匹配，可在三维空间像搭积木式地任意拼装，几乎可达到任何专用夹具同样的定位和夹紧功能。在工作台和模块上，以25 mm为整数倍的尺寸都可以直接找到，再配上少量的调整块，便可十分方便的准确定位。（2）高精度。工作台和所有功能模块均具有很高的加工精度，工作平台的平面度误差0.1 mm/1 000 mm，定位孔的位置误差在100±0.05 mm 以内，夹具支承面的垂直度和平行度为0.15 mm/1 000 mm。（3）重复性。使用二维或三维 设计软件，可以非常方便地对样件进行模拟装配。精确的模块尺寸保证了装配精度，节省了产品的开发时间和成本。
3 三维柔性焊接夹具在轨道行业的应用案例
柔性夹具组装就是将柔性夹具元件按照一定的原则，装配成具有一定功能的柔性夹具的全过程。柔性夹具的组装，其本质和设计制造一套专用夹具完全相同，是一个复杂思维（设计）和动手装配（制造）的过程。它可以根据各种零部件不同的特点以及对夹具的要求而进行组装设计。根据零部件尺寸精度分析的要求，从所要求规格的元件中挑选合适精度的元件。按零部件焊接所要求的位置和数量安装各定位块，用快速锁紧销地连接成不同形式的组装单元，由组装单元装配成不同的结构，最后组装成完整的夹具。通常一套柔性夹具的组装顺序是基础部分---定位部分---导向部分---压紧部分。装配时要对各有关尺寸进行测量和调整，以达到精度要求。夹具上有关尺寸的公差通常取工件的相应公差的1/2～1/3，若工件相应尺寸为自由公差，夹具尺寸公差可取±0.05 mm，角度公差可取±5’。
目前，三维柔性焊接夹具在轨道行业中的应用属于初级阶段，主要用于车体附件和内装焊接件的定位、支撑和压紧。三维柔性焊接夹具在使用过程中，首先根据零部件的尺寸和焊接工艺确定装配顺序和固定点;然后采用三维软件进行辅助设计，确定各定位块、支撑块、压紧器的位置，并标注其相应的尺寸;最后根据计算机辅助设计的位置和尺寸进行组装零部件的焊接夹具。以下是比较典型的零部件在焊接过程中使用三维柔性焊接夹具的案例，如图3、图4。
4 展望未来
随着先进计算机辅助工装夹具设计系统在制造企业中的应用，三维柔性焊接夹具会向着高精度、高效率的方向发展，也将会全面实现模块化、标准化、系列化。尤其近几年轨道行业的快速发展，三维柔性焊接夹具的经济性、灵活性、精确性等特点会越来越显著，在中小批量生产中的应用将会越来越普及。我们应该密切关注和学习国内外先进柔性夹具技术的开发和应用成果，用先进的技术和理念来提升三维柔性焊接夹具的工艺应用。
参考文献：
[1]余建军，任治军，王辉.先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J].机床与液压，2011，39（12）：115-121.
[2]邹方.柔性工装关键技术与发展前景[J].航空制造技术，2009（10）：34-38.
[3]朱正德.柔性夹具系统及其在现代轿车制造业中的应用[J].汽车工艺与材料，2001（9）：42-46.